JP7316339B2 - Carbon dioxide treatment device, carbon dioxide treatment method, and method for producing carbon compound - Google Patents

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Description

本発明は、二酸化炭素処理装置、二酸化炭素処理方法及び炭素化合物の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a carbon dioxide treatment apparatus, a carbon dioxide treatment method, and a method for producing a carbon compound.

排気ガスや大気中の二酸化炭素を回収し、電気化学的に還元して有価物を得る技術は、カーボンニュートラルを達成する可能性のある有望な技術である。例えば、ガス拡散層の電解液と接する側に二酸化炭素還元触媒を用いて触媒層を形成したカソードに対し、ガス拡散層の触媒層とは反対側から二酸化炭素ガスを供給して電気化学的に還元する技術が知られている(特許文献1)。 A technology that recovers exhaust gas and atmospheric carbon dioxide and electrochemically reduces it to obtain valuables is a promising technology that may achieve carbon neutrality. For example, carbon dioxide gas is supplied from the opposite side of the gas diffusion layer to the catalyst layer to a cathode having a catalyst layer formed using a carbon dioxide reduction catalyst on the side of the gas diffusion layer that is in contact with the electrolyte, thereby electrochemically A reduction technique is known (Patent Document 1).

国際公開第2018/232515号WO2018/232515

特許文献1のような二酸化炭素を電気化学的に還元する技術においては、経済性が最大の課題である。二酸化炭素電解においてエネルギー損失の一因となるのは、目的の二酸化炭素還元反応が関与しない副反応の水電解による水素の発生である。例えば、カソードとアノードでは同じ電子数の反応が起こる必要があるが、アノード触媒が高活性でカソード触媒が低活性の場合、カソードにおいて二酸化炭素電解だけでは足りない電子数分の反応は水電解として進行する。 In the technology for electrochemically reducing carbon dioxide as disclosed in Patent Document 1, economic efficiency is the biggest issue. One of the causes of energy loss in carbon dioxide electrolysis is generation of hydrogen due to water electrolysis, which is a side reaction that does not involve the desired carbon dioxide reduction reaction. For example, a reaction with the same number of electrons must occur at the cathode and anode, but if the anode catalyst is highly active and the cathode catalyst is low in activity, the reaction with the number of electrons that is insufficient for carbon dioxide electrolysis at the cathode can be performed by water electrolysis. proceed.

本発明は、二酸化炭素の電気化学的な還元におけるエネルギー効率が改善された二酸化炭素処理装置、二酸化炭素処理方法及び炭素化合物の製造方法を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a carbon dioxide treatment apparatus, a carbon dioxide treatment method, and a method for producing a carbon compound with improved energy efficiency in electrochemical reduction of carbon dioxide.

本発明は、以下の態様を採用した。
(1)本発明の一態様に係る二酸化炭素処理装置(例えば、実施形態の二酸化炭素処理装置100)は、二酸化炭素を回収する回収装置(例えば、実施形態の回収装置1)と、カソード(例えば、実施形態のカソード21)及びアノード(例えば、実施形態のアノード22)が設けられ、前記回収装置で回収された二酸化炭素を電気化学的に還元してエチレンを生成させる電気化学反応装置(例えば、実施形態の電気化学反応装置2)と、前記電気化学反応装置の前記カソード側で得られるガス中のエチレン濃度を測定する第1濃度センサー(例えば、実施形態の第1濃度センサー4A)と、前記電気化学反応装置への二酸化炭素供給量と前記カソード及びアノードへの印加電圧とを前記第1濃度センサーで測定されるエチレン濃度に基づいて制御する制御装置(例えば、実施形態の制御装置5)と、を備え、前記制御装置による制御が、(i)前記印加電圧を一定にして前記二酸化炭素供給量を増減させ、前記二酸化炭素供給量を前記第1濃度センサーで測定されるエチレン濃度が最高値となる量に制御することを含む。
The present invention employs the following aspects.
(1) A carbon dioxide treatment apparatus according to one aspect of the present invention (e.g., carbon dioxide treatment apparatus 100 of the embodiment) includes a recovery apparatus for recovering carbon dioxide (e.g., recovery apparatus 1 of the embodiment), a cathode (e.g., , the cathode 21 of the embodiment) and an anode (e.g., the anode 22 of the embodiment) are provided, and the carbon dioxide recovered by the recovery device is electrochemically reduced to produce ethylene (e.g., an electrochemical reactor 2) of the embodiment; a first concentration sensor (for example, the first concentration sensor 4A of the embodiment) that measures the concentration of ethylene in the gas obtained on the cathode side of the electrochemical reactor; a control device (for example, the control device 5 of the embodiment) that controls the amount of carbon dioxide supplied to the electrochemical reactor and the voltage applied to the cathode and the anode based on the ethylene concentration measured by the first concentration sensor; wherein the control by the control device is such that (i) the applied voltage is kept constant and the amount of carbon dioxide supplied is increased or decreased, and the amount of carbon dioxide supplied is adjusted so that the ethylene concentration measured by the first concentration sensor is the maximum value; including controlling the amount to be

(2)本発明の一態様に係る二酸化炭素処理装置は、前記制御装置による制御が、(i)前記印加電圧を一定にして前記二酸化炭素供給量を増減させ、前記二酸化炭素供給量を前記第1濃度センサーで測定されるエチレン濃度が最高値となる量に制御することと、(ii)前記二酸化炭素供給量を一定にして前記印加電圧を増減させ、前記印加電圧を前記第1濃度センサーで測定されるエチレン濃度が最高値となる電圧に制御することと、を含み、前記(i)と前記(ii)が繰り返されてもよい。 (2) In the carbon dioxide treatment apparatus according to one aspect of the present invention, the control by the control device includes: (i) keeping the applied voltage constant and increasing or decreasing the amount of carbon dioxide supplied; (ii) increasing or decreasing the applied voltage while keeping the carbon dioxide supply rate constant, and increasing or decreasing the applied voltage with the first concentration sensor; and controlling the voltage at which the measured ethylene concentration reaches the maximum value, and the above (i) and the above (ii) may be repeated.

(3)前記回収装置は、強アルカリ性水溶液からなる電解液と二酸化炭素ガスとを接触させ、二酸化炭素を前記電解液に溶解させて吸収させる吸収部(例えば、実施形態の吸収部12)を備え、前記電気化学反応装置は、カソードと、アノードと、前記カソードと前記アノードの間に設けられ、前記吸収部で二酸化炭素を吸収した電解液が流れる液流路(例えば、実施形態の液流路23a)と、を備え、前記二酸化炭素を吸収した電解液中の溶存二酸化炭素が前記カソードで還元され、前記二酸化炭素を吸収した電解液の前記電気化学反応装置への供給量が前記制御装置によって制御されてもよい。 (3) The recovery device is provided with an absorption part (for example, the absorption part 12 of the embodiment) that brings carbon dioxide gas into contact with an electrolytic solution composed of a strong alkaline aqueous solution, and dissolves and absorbs carbon dioxide in the electrolytic solution. , the electrochemical reaction device includes a cathode, an anode, and a liquid channel (for example, a liquid channel in the embodiment), which is provided between the cathode and the anode, and through which an electrolytic solution that has absorbed carbon dioxide in the absorption part flows. 23a), wherein dissolved carbon dioxide in the electrolytic solution that has absorbed the carbon dioxide is reduced at the cathode, and the supply amount of the electrolytic solution that has absorbed the carbon dioxide to the electrochemical reaction device is controlled by the control device. may be controlled.

(4)前記回収装置は、二酸化炭素を濃縮する濃縮部(例えば、実施形態の第1濃縮部11及び第2濃縮部13)を備え、前記電気化学反応装置は、カソードと、アノードと、前記カソードと前記アノードの間に設けられ、電解液が流れる液流路と、を備え、前記濃縮部から前記電気化学反応装置における前記カソードの前記アノードとは反対側に供給される二酸化炭素ガスが前記カソードで還元され、前記二酸化炭素ガスの前記電気化学反応装置への供給量が前記制御装置によって制御されてもよい。 (4) The recovery device includes a concentration unit (for example, the first concentration unit 11 and the second concentration unit 13 of the embodiment) for concentrating carbon dioxide, and the electrochemical reaction device includes a cathode, an anode, and the a liquid flow path provided between the cathode and the anode, through which an electrolytic solution flows; A supply amount of the carbon dioxide gas, which is reduced at the cathode, to the electrochemical reactor may be controlled by the controller.

(5)前記電気化学反応装置は、カソードと、アノードと、前記カソードと前記アノードの間に設けられたアニオン交換膜(例えば、実施形態のアニオン交換膜28)と、前記カソードと前記アニオン交換膜との間に設けられ、カソード側電解液が流れるカソード側液流路(例えば、実施形態のカソード側液流路29a)と、前記アノードと前記アニオン交換膜との間に設けられ、アノード側電解液が流れるアノード側液流路(例えば、実施形態のアノード側液流路29b)と、を備え、前記回収装置は、強アルカリ性水溶液からなる前記アノード側電解液と二酸化炭素ガスとを接触させ、二酸化炭素を前記アノード側電解液に溶解させて吸収させる吸収部と、二酸化炭素を濃縮する濃縮部と、を備え、前記濃縮部から前記電気化学反応装置における前記カソードの前記アノードとは反対側に供給される二酸化炭素ガスが前記カソードで還元され、前記二酸化炭素ガスの前記電気化学反応装置への供給量が前記制御装置によって制御されてもよい。 (5) The electrochemical reaction device includes a cathode, an anode, an anion exchange membrane (for example, the anion exchange membrane 28 of the embodiment) provided between the cathode and the anode, and the cathode and the anion exchange membrane provided between the cathode-side liquid flow path (for example, the cathode-side liquid flow path 29a in the embodiment) through which the cathode-side electrolytic solution flows, and the anode-side electrolyte provided between the anode and the anion exchange membrane. an anode-side liquid channel (for example, the anode-side liquid channel 29b of the embodiment) through which a liquid flows, and the recovery device brings the anode-side electrolytic solution made of a strong alkaline aqueous solution into contact with carbon dioxide gas, An absorption part for dissolving and absorbing carbon dioxide in the anode-side electrolytic solution, and a concentration part for concentrating carbon dioxide, wherein from the concentration part to the cathode on the opposite side of the anode in the electrochemical reaction device The supplied carbon dioxide gas may be reduced at the cathode, and the supply amount of the carbon dioxide gas to the electrochemical reactor may be controlled by the controller.

(6)本発明の一態様に係る二酸化炭素処理装置は、前記電気化学反応装置の前記カソード側で得られるガス中の水素濃度を測定する第2濃度センサー(例えば、実施形態の第2濃度センサー4B)をさらに備え、前記第2濃度センサーで測定される水素濃度が所定値以上になったときに前記制御装置による制御が開始されてもよい。 (6) A carbon dioxide treatment apparatus according to an aspect of the present invention includes a second concentration sensor (for example, the second concentration sensor of the embodiment) that measures the hydrogen concentration in the gas obtained on the cathode side of the electrochemical reaction apparatus. 4B), wherein the control by the control device may be started when the hydrogen concentration measured by the second concentration sensor reaches or exceeds a predetermined value.

(7)本発明の一態様に係る二酸化炭素処理装置は、前記電気化学反応装置で二酸化炭素が還元されて生成したエチレンを多量化して増炭する増炭反応装置(例えば、実施形態の増炭反応装置6)をさらに備えていてもよい。 (7) A carbon dioxide treatment apparatus according to an aspect of the present invention is a carbon-increasing reactor (for example, carbon-increasing apparatus of the embodiment) that increases the amount of ethylene produced by reducing carbon dioxide in the electrochemical reaction apparatus. A reactor 6) may also be provided.

(8)本発明の一態様に係る二酸化炭素処理方法は、カソード及びアノードを備える電気化学反応装置を用い、二酸化炭素を前記カソードで電気化学的に還元してエチレンを生成させる工程(a)と、前記カソード及びアノードへの印加電圧を一定にして前記電気化学反応装置への二酸化炭素供給量を増減させ、前記二酸化炭素供給量を前記電気化学反応装置の前記カソード側で得られるガス中のエチレン濃度が最高値となる量に制御する工程(b)と、を含む。 (8) A carbon dioxide treatment method according to an aspect of the present invention includes a step (a) of electrochemically reducing carbon dioxide at the cathode to produce ethylene using an electrochemical reactor comprising a cathode and an anode; , the voltage applied to the cathode and the anode is kept constant and the amount of carbon dioxide supplied to the electrochemical reactor is increased or decreased, and the amount of carbon dioxide supplied is changed by adjusting the amount of ethylene in the gas obtained on the cathode side of the electrochemical reactor. and a step (b) of controlling the concentration to a maximum value.

(9)本発明の一態様に係る二酸化炭素処理方法は、前記電気化学反応装置への二酸化炭素供給量を一定にして前記カソード及びアノードへの印加電圧を増減させ、前記印加電圧を前記電気化学反応装置の前記カソード側で得られるガス中のエチレン濃度が最高値となる電圧に制御する工程(c)をさらに含み、前記工程(b)と前記工程(c)を繰り返して前記二酸化炭素供給量及び前記印加電圧を制御してもよい。 (9) The carbon dioxide treatment method according to one aspect of the present invention is such that the amount of carbon dioxide supplied to the electrochemical reaction device is kept constant, the voltage applied to the cathode and the anode is increased or decreased, and the applied voltage is changed to the electrochemical Further comprising a step (c) of controlling the voltage at which the ethylene concentration in the gas obtained on the cathode side of the reactor reaches a maximum value, wherein the step (b) and the step (c) are repeated to provide the carbon dioxide supply amount and the applied voltage may be controlled.

(10)本発明の一態様に係る炭素化合物の製造方法は、前記(8)又は(9)に記載の二酸化炭素処理方法を用いる炭素化合物の製造方法であって、前記二酸化炭素が還元されて生成したエチレンを多量化して炭素化合物を得る工程(d)を含む。 (10) A method for producing a carbon compound according to an aspect of the present invention is a method for producing a carbon compound using the carbon dioxide treatment method according to (8) or (9), wherein the carbon dioxide is reduced to A step (d) of obtaining a carbon compound by enriching the produced ethylene is included.

(1)~(10)の態様によれば、二酸化炭素の電気化学的な還元におけるエネルギー効率が改善された二酸化炭素処理装置、二酸化炭素処理方法及び炭素化合物の製造方法を提供できる。 According to aspects (1) to (10), it is possible to provide a carbon dioxide treatment apparatus, a carbon dioxide treatment method, and a carbon compound production method with improved energy efficiency in the electrochemical reduction of carbon dioxide.

実施態様に係る二酸化炭素処理装置を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a carbon dioxide treatment device according to an embodiment; FIG. 電気化学反応装置の電解セルの一例を示した概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an electrolytic cell of an electrochemical reactor; FIG. 電解セルで起きている電気化学反応を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing electrochemical reactions occurring in an electrolytic cell; FIG. 貯蔵部の一例であるニッケル水素電池を示した概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a nickel-metal hydride battery that is an example of a storage unit; FIG. 電気化学反応装置の電解セルの他の例を示した概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing another example of an electrolytic cell of an electrochemical reactor;

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において例示される図の寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the dimensions and the like of the drawings illustrated in the following description are only examples, and the present invention is not necessarily limited to them, and can be implemented with appropriate changes within the scope of not changing the gist of the present invention. .

[二酸化炭素処理装置]
図1に示すように、本発明の一態様に係る二酸化炭素処理装置100は、回収装置1と、電気化学反応装置2と、電源貯蔵装置3と、第1濃度センサー4Aと、第2濃度センサー4Bと、制御装置5と、増炭反応装置6と、熱交換器7と、を備えている。回収装置1は、第1濃縮部11と、吸収部12と、第2濃縮部13と、を備えている。電源貯蔵装置3は、変換部31と、変換部31と電気的に接続された貯蔵部32と、を備えている。増炭反応装置6は、反応器61と、気液分離器62と、を備えている。
[Carbon dioxide treatment device]
As shown in FIG. 1, a carbon dioxide treatment device 100 according to one aspect of the present invention includes a recovery device 1, an electrochemical reaction device 2, a power storage device 3, a first concentration sensor 4A, and a second concentration sensor. 4B, a control device 5, a carbon enrichment reactor 6, and a heat exchanger 7. The recovery device 1 includes a first concentration section 11 , an absorption section 12 and a second concentration section 13 . The power storage device 3 includes a conversion section 31 and a storage section 32 electrically connected to the conversion section 31 . The coal-enhancing reactor 6 includes a reactor 61 and a gas-liquid separator 62 .

二酸化炭素処理装置100では、第1濃縮部11と吸収部12はガス流路71で接続されている。吸収部12と貯蔵部32は液流路72と液流路76で接続されている。貯蔵部32と熱交換器7は液流路73で接続されている。熱交換器7と電気化学反応装置2は液流路74で接続されている。電気化学反応装置2と貯蔵部32は液流路75で接続されている。電気化学反応装置2と反応器61はガス流路77で接続されている。反応器61と気液分離器62はガス流路78とガス流路80で接続されている。反応器61と熱交換器7の間には熱媒の循環流路79が設けられている。第1濃縮部11と第2濃縮部13とはガス流路81で接続されている。第2濃縮部13と電気化学反応装置2とはガス流路82で接続されている。第1濃縮部11及び第2濃縮部13と気液分離器62はガス流路83で接続されている。 In the carbon dioxide treatment device 100 , the first concentration section 11 and the absorption section 12 are connected by a gas flow path 71 . The absorption part 12 and the storage part 32 are connected by a liquid flow path 72 and a liquid flow path 76 . The reservoir 32 and the heat exchanger 7 are connected by a liquid flow path 73 . The heat exchanger 7 and the electrochemical reactor 2 are connected by a liquid flow path 74 . The electrochemical reaction device 2 and the reservoir 32 are connected by a liquid flow path 75 . The electrochemical reactor 2 and reactor 61 are connected by a gas flow path 77 . The reactor 61 and the gas-liquid separator 62 are connected by a gas channel 78 and a gas channel 80 . A heat medium circulation flow path 79 is provided between the reactor 61 and the heat exchanger 7 . The first concentration section 11 and the second concentration section 13 are connected by a gas flow path 81 . The second concentration section 13 and the electrochemical reaction device 2 are connected by a gas flow path 82 . The first concentration section 11 and the second concentration section 13 and the gas-liquid separator 62 are connected by a gas flow path 83 .

これら各流路は特に限定されず、公知の配管等を適宜使用できる。液流路74には第1流量調整弁51が設けられ、ガス流路82には第2流量調整弁52が設けられている。この他、各ガス流路には、コンプレッサー等の送気手段、減圧弁や、圧力計等の計測機器等を適宜設置することができる。また、各液流路には、ポンプ等の送液手段や、流量計等の計測機器等を適宜設置することができる。 These flow paths are not particularly limited, and known pipes and the like can be used as appropriate. A first flow control valve 51 is provided in the liquid channel 74 , and a second flow control valve 52 is provided in the gas channel 82 . In addition, air supply means such as a compressor, a pressure reducing valve, measuring devices such as a pressure gauge, and the like can be appropriately installed in each gas flow path. In addition, liquid feeding means such as a pump, measuring equipment such as a flow meter, and the like can be appropriately installed in each liquid flow path.

回収装置1は、二酸化炭素を回収する装置である。
第1濃縮部11には、大気、排気ガス等の二酸化炭素を含むガスG1が供給される。第1濃縮部11では、ガスG1の二酸化炭素が濃縮される。
第1濃縮部11としては、二酸化炭素を濃縮できるものであれば公知の濃縮装置を採用でき、例えば、膜に対する透過速度の違いを利用した膜分離装置、化学的又は物理的な吸着、脱離を利用する吸着分離装置を利用できる。なかでも、分離性能に優れる点から、化学吸着の特に温度スイング吸着を利用する吸着が好ましい。
The recovery device 1 is a device for recovering carbon dioxide.
A gas G<b>1 containing carbon dioxide, such as air or exhaust gas, is supplied to the first concentration unit 11 . Carbon dioxide in the gas G1 is concentrated in the first concentration section 11 .
As the first concentration unit 11, a known concentration device can be adopted as long as it can concentrate carbon dioxide. can be used. Among them, adsorption utilizing chemical adsorption, particularly temperature swing adsorption, is preferable from the viewpoint of excellent separation performance.

第1濃縮部11で二酸化炭素が濃縮された濃縮ガスG2は、ガス流路71とガス流路81を通じて吸収部12と第2濃縮部13のそれぞれに供給される。また、濃縮ガスG2と分離された分離ガスG4は、ガス流路83を通じて気液分離器62に送られる。 The concentrated gas G2 in which carbon dioxide is concentrated in the first concentration section 11 is supplied to the absorption section 12 and the second concentration section 13 through the gas flow path 71 and the gas flow path 81, respectively. Also, the separated gas G4 separated from the concentrated gas G2 is sent to the gas-liquid separator 62 through the gas flow path 83 .

吸収部12では、第1濃縮部11から供給される濃縮ガスG2中の二酸化炭素ガスが電解液Aと接触し、二酸化炭素が電解液Aに溶解されて吸収される。二酸化炭素ガスと電解液Aとを接触させる手法としては、特に限定されず、例えば、電解液A中に濃縮ガスG2を吹き込んでバブリングする手法を例示できる。 In the absorption unit 12, the carbon dioxide gas in the concentrated gas G2 supplied from the first concentration unit 11 contacts the electrolyte A, and the carbon dioxide is dissolved in the electrolyte A and absorbed. The method of bringing the carbon dioxide gas and the electrolytic solution A into contact is not particularly limited.

吸収部12では、二酸化炭素を吸収する吸収液として、強アルカリ性水溶液からなる電解液Aを用いる。二酸化炭素は、酸素原子が電子を強く引きつけるために炭素原子が正の電荷(δ+)を帯びる。そのため、水酸化物イオンが多量に存在する強アルカリ性水溶液では、二酸化炭素は水和状態からHCO を経てCO 2-まで溶解反応が進行しやすく、CO 2-の存在比率が高い平衡状態となる。このことから、二酸化炭素は窒素、水素、酸素といった他のガスに比べて強アルカリ性水溶液に溶解しやすく、吸収部12では濃縮ガスG2中の二酸化炭素が選択的に電解液Aに吸収される。このように、吸収部12で電解液Aを用いることで二酸化炭素の濃縮をアシストできる。そのため、第1濃縮部11では二酸化炭素を高濃度まで濃縮する必要はなく、第1濃縮部11での濃縮に必要なエネルギーを低減できる。 In the absorbing part 12, an electrolytic solution A made of a strong alkaline aqueous solution is used as an absorbing liquid that absorbs carbon dioxide. Carbon dioxide has a positive charge (δ+) on the carbon atom because the oxygen atom strongly attracts electrons. Therefore, in a strongly alkaline aqueous solution in which a large amount of hydroxide ions are present, the dissolution reaction of carbon dioxide from the hydrated state tends to progress to CO 3 2- via HCO 3 - , and the equilibrium with a high abundance of CO 3 2- state. For this reason, carbon dioxide dissolves more easily in a strong alkaline aqueous solution than other gases such as nitrogen, hydrogen, and oxygen. In this manner, the concentration of carbon dioxide can be assisted by using the electrolyte solution A in the absorption part 12 . Therefore, it is not necessary to concentrate carbon dioxide to a high concentration in the first concentration unit 11, and the energy required for concentration in the first concentration unit 11 can be reduced.

吸収部12で二酸化炭素が吸収された電解液Bは、液流路72、貯蔵部32、液流路73、熱交換器7、液流路74を通じて電気化学反応装置2へと送られる。また、電気化学反応装置2から流れ出た電解液Aは、液流路75、貯蔵部32、液流路76を通じて吸収部12へと送られる。このように、二酸化炭素処理装置100では、吸収部12、貯蔵部32及び電気化学反応装置2の間で電解液が循環されて共用される。 Electrolyte B in which carbon dioxide has been absorbed in absorption section 12 is sent to electrochemical reaction device 2 through liquid flow path 72 , storage section 32 , liquid flow path 73 , heat exchanger 7 , and liquid flow path 74 . Also, the electrolyte A flowing out of the electrochemical reaction device 2 is sent to the absorption section 12 through the liquid flow path 75 , the storage section 32 , and the liquid flow path 76 . Thus, in the carbon dioxide treatment device 100, the electrolyte is circulated and shared among the absorption part 12, the storage part 32 and the electrochemical reaction device 2.

電解液Aに用いる強アルカリ性水溶液としては、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液を例示できる。なかでも、吸収部12における二酸化炭素の溶解性に優れ、電気化学反応装置2における二酸化炭素の還元が促進される点から、水酸化カリウム水溶液が好ましい。 Examples of the strong alkaline aqueous solution used for the electrolytic solution A include an aqueous potassium hydroxide solution and an aqueous sodium hydroxide solution. Among them, a potassium hydroxide aqueous solution is preferable because it has excellent solubility of carbon dioxide in the absorption part 12 and promotes reduction of carbon dioxide in the electrochemical reaction device 2 .

第2濃縮部13では、濃縮ガスG2の二酸化炭素がさらに濃縮されて濃縮ガスG3となる。濃縮ガスG3は、ガス流路82を通じて電気化学反応装置2へと送られる。また、濃縮ガスG3と分離された分離ガスG4は、ガス流路83を通じて気液分離器62に送られる。
第2濃縮部13としては、特に限定されず、第1濃縮部11で例示したものと同じものを例示でき、化学吸着の特に温度スイング吸着が好ましい。
In the second concentration section 13, the carbon dioxide in the concentrated gas G2 is further concentrated to become a concentrated gas G3. The concentrated gas G3 is sent to the electrochemical reactor 2 through the gas flow path 82. As shown in FIG. Also, the separated gas G4 separated from the concentrated gas G3 is sent to the gas-liquid separator 62 through the gas flow path 83 .
The second enrichment section 13 is not particularly limited, and the same ones as those exemplified for the first enrichment section 11 can be exemplified, and chemisorption, particularly temperature swing adsorption, is preferable.

電気化学反応装置2は、二酸化炭素を電気化学的に還元する装置である。図2に示すように、電気化学反応装置2は、カソード21と、アノード22と、液流路23aを形成するための液流路構造体23と、ガス流路24aが形成されたガス流路構造体24と、ガス流路25aが形成されたガス流路構造体25と、給電体26と、給電体27と、を備えている。 The electrochemical reaction device 2 is a device for electrochemically reducing carbon dioxide. As shown in FIG. 2, the electrochemical reaction device 2 includes a cathode 21, an anode 22, a liquid channel structure 23 for forming a liquid channel 23a, and a gas channel in which a gas channel 24a is formed. It includes a structure 24 , a gas channel structure 25 in which a gas channel 25 a is formed, a power feeder 26 and a power feeder 27 .

電気化学反応装置2では、給電体26、ガス流路構造体24、カソード21、液流路構造体23、アノード22、ガス流路構造体25、給電体27がこの順に積層されている。液流路構造体23にはスリットが形成されており、スリットにおけるカソード21とアノード22と液流路構造体23とで囲まれた領域が液流路23aになっている。ガス流路構造体24のカソード21側には溝が形成されており、その溝のガス流路構造体24とカソード21に囲まれた部分がガス流路24aとなっている。ガス流路構造体25のアノード22側には溝が形成されており、その溝のガス流路構造体25とアノード22に囲まれた部分がガス流路25aとなっている。 In the electrochemical reaction device 2, a power feeder 26, a gas channel structure 24, a cathode 21, a liquid channel structure 23, an anode 22, a gas channel structure 25, and a power feeder 27 are stacked in this order. A slit is formed in the liquid channel structure 23, and an area surrounded by the cathode 21, the anode 22, and the liquid channel structure 23 in the slit serves as a liquid channel 23a. A groove is formed on the cathode 21 side of the gas channel structure 24, and a portion of the groove surrounded by the gas channel structure 24 and the cathode 21 serves as a gas channel 24a. A groove is formed on the anode 22 side of the gas channel structure 25, and a portion of the groove surrounded by the gas channel structure 25 and the anode 22 serves as a gas channel 25a.

このように、電気化学反応装置2では、カソード21とアノード22の間に液流路23aが形成され、カソード21と給電体26の間にガス流路24aが形成され、アノード22と給電体27の間にガス流路25aが形成されている。給電体26と給電体27は、電源貯蔵装置3の貯蔵部32と電気的に接続されている。また、ガス流路構造体24とガス流路構造体25は導電体であり、貯蔵部32から供給される電力によってカソード21とアノード22の間に電圧を印加できるようになっている。 Thus, in the electrochemical reaction device 2, the liquid channel 23a is formed between the cathode 21 and the anode 22, the gas channel 24a is formed between the cathode 21 and the feeder 26, and the anode 22 and the feeder 27 are formed. A gas flow path 25a is formed between them. The feeders 26 and 27 are electrically connected to the reservoir 32 of the power storage device 3 . Moreover, the gas channel structure 24 and the gas channel structure 25 are conductors, so that a voltage can be applied between the cathode 21 and the anode 22 by electric power supplied from the storage section 32 .

カソード21は、二酸化炭素を還元して炭素化合物を生成し、また水を還元して水素を生成する電極である。カソード21としては、二酸化炭素を電気化学的に還元でき、かつ生成したガス状の炭素化合物と水素がガス流路24aまで透過するものであればよく、例えば、ガス拡散層の液流路23a側にカソード触媒層が形成された電極を例示できる。カソード触媒層は、一部がガス拡散層中に入り込んでいてもよい。ガス拡散層とカソード触媒層の間には、ガス拡散層よりも緻密な多孔質層を配置してもよい。 The cathode 21 is an electrode that reduces carbon dioxide to produce a carbon compound and reduces water to produce hydrogen. As the cathode 21, any material that can electrochemically reduce carbon dioxide and allows the generated gaseous carbon compound and hydrogen to permeate to the gas flow path 24a can be used. An electrode in which a cathode catalyst layer is formed can be exemplified. The cathode catalyst layer may partially enter the gas diffusion layer. A porous layer denser than the gas diffusion layer may be arranged between the gas diffusion layer and the cathode catalyst layer.

カソード触媒層を形成するカソード触媒としては、二酸化炭素の還元を促進する公知の触媒を使用できる。カソード触媒の具体例としては、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、コバルト、鉄、マンガン、チタン、カドミウム、亜鉛、インジウム、ガリウム、鉛、錫等の金属、それらの合金や金属間化合物、ルテニウム錯体、レニウム錯体等の金属錯体を例示できる。なかでも、二酸化炭素の還元が促進される点から、銅、銀が好ましく、銅がより好ましい。カソード触媒としては、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
カソード触媒としては、金属粒子が炭素材料(カーボン粒子、カーボンナノチューブ、グラフェン等)に担持された担持触媒を用いてもよい。
A known catalyst that promotes reduction of carbon dioxide can be used as the cathode catalyst that forms the cathode catalyst layer. Specific examples of cathode catalysts include metals such as gold, silver, copper, platinum, palladium, nickel, cobalt, iron, manganese, titanium, cadmium, zinc, indium, gallium, lead, tin, and alloys and intermetallic compounds thereof. , ruthenium complexes, and rhenium complexes. Among these, copper and silver are preferable, and copper is more preferable, because the reduction of carbon dioxide is promoted. As the cathode catalyst, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
As the cathode catalyst, a supported catalyst in which metal particles are supported on a carbon material (carbon particles, carbon nanotubes, graphene, etc.) may be used.

カソード21のガス拡散層としては、特に限定されず、例えば、カーボンペーパー、カーボンクロスを例示できる。
カソード21の製造方法は、特に限定されず、例えば、ガス拡散層の液流路23a側となる面に、カソード触媒を含む液状組成物を塗布して乾燥する方法を例示できる。
The gas diffusion layer of the cathode 21 is not particularly limited, and examples thereof include carbon paper and carbon cloth.
The method of manufacturing the cathode 21 is not particularly limited, and for example, a method of applying a liquid composition containing a cathode catalyst to the surface of the gas diffusion layer on the side of the liquid flow path 23a and drying it can be exemplified.

アノード22は、水酸化物イオンを酸化して酸素を生成するための電極である。アノード22としては、水酸化物イオンを電気化学的に酸化でき、かつ生成した酸素がガス流路25aまで透過するものであればよく、例えば、ガス拡散層の液流路23a側にアノード触媒層が形成された電極を例示できる。 Anode 22 is an electrode for oxidizing hydroxide ions to produce oxygen. As the anode 22, any material can be used as long as it can electrochemically oxidize hydroxide ions and allows the generated oxygen to permeate to the gas flow path 25a. can be exemplified.

アノード触媒層を形成するアノード触媒としては、特に限定されず、公知のアノード触媒を使用できる。具体的には、例えば、白金、パラジウム、ニッケル等の金属、それらの合金や金属間化合物、酸化マンガン、酸化イリジウム、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化鉄、酸化スズ、酸化インジウム、酸化ルテニウム、酸化リチウム、酸化ランタン等の金属酸化物、ルテニウム錯体、レニウム錯体等の金属錯体を例示できる。アノード触媒としては、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 The anode catalyst forming the anode catalyst layer is not particularly limited, and known anode catalysts can be used. Specifically, for example, metals such as platinum, palladium, and nickel, alloys and intermetallic compounds thereof, manganese oxide, iridium oxide, nickel oxide, cobalt oxide, iron oxide, tin oxide, indium oxide, ruthenium oxide, and lithium oxide. , metal oxides such as lanthanum oxide, and metal complexes such as ruthenium complexes and rhenium complexes. As the anode catalyst, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.

アノード22のガス拡散層としては、例えば、カーボンペーパー、カーボンクロスを例示できる。また、ガス拡散層としては、メッシュ材、パンチング材、多孔体、金属繊維焼結体等の多孔質体を用いてもよい。多孔質体の材質としては、例えば、チタン、ニッケル、鉄等の金属、これらの合金(例えばSUS)を例示できる。 Examples of the gas diffusion layer of the anode 22 include carbon paper and carbon cloth. As the gas diffusion layer, a porous material such as a mesh material, a punching material, a porous material, or a metal fiber sintered material may be used. Examples of the material of the porous body include metals such as titanium, nickel and iron, and alloys thereof (for example, SUS).

液流路構造体23の材質としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂を例示できる。
ガス流路構造体24,25の材質としては、例えば、チタン、SUS等の金属、カーボンを例示できる。
給電体26,27の材質としては、例えば、銅、金、チタン、SUS等の金属、カーボンを例示できる。給電体26,27としては、銅基材の表面に金メッキ等のメッキ処理を施したものを使用してもよい。
Examples of the material of the liquid flow path structure 23 include fluororesin such as polytetrafluoroethylene.
Examples of materials for the gas channel structures 24 and 25 include titanium, metals such as SUS, and carbon.
Examples of materials for the power feeders 26 and 27 include metals such as copper, gold, titanium, SUS, and carbon. As the power feeders 26 and 27, a copper base material having a surface plated with gold or the like may be used.

電気化学反応装置2は、吸収部12から供給されてくる電解液Bが液流路23aを流れ、第2濃縮部13から供給されてくる濃縮ガスG3がカソード21のアノード22とは反対側のガス流路24aを流れるフローセルである。そして、カソード21とアノード22に電圧が印加されることで、液流路23aを流れる電解液B中の溶存二酸化炭素とガス流路24aを流れる濃縮ガスG3中の二酸化炭素ガスがカソード21で電気化学的に還元され、エチレンを含む炭素化合物及び水素が生成する。電気化学反応装置2の電気化学セルにおける電気化学反応を図3に示す。
液流路23aの入り口の電解液Bは、二酸化炭素が溶解されているため、前述のようにCO 2-の存在比率が高い弱アルカリの状態になっている。一方、還元が進行するにつれて溶存二酸化炭素の量が低下し、液流路23aの出口では強アルカリ状態の電解液Aとなる。
In the electrochemical reaction device 2, the electrolytic solution B supplied from the absorption unit 12 flows through the liquid flow path 23a, and the concentrated gas G3 supplied from the second concentration unit 13 flows through the cathode 21 on the side opposite to the anode 22. It is a flow cell flowing through the gas channel 24a. By applying a voltage to the cathode 21 and the anode 22, dissolved carbon dioxide in the electrolytic solution B flowing through the liquid flow path 23a and carbon dioxide gas in the concentrated gas G3 flowing through the gas flow path 24a are generated at the cathode 21. It is chemically reduced to produce carbon compounds including ethylene and hydrogen. FIG. 3 shows the electrochemical reaction in the electrochemical cell of the electrochemical reactor 2. As shown in FIG.
Since carbon dioxide is dissolved in the electrolytic solution B at the entrance of the liquid flow path 23a, it is in a weakly alkaline state with a high abundance ratio of CO 3 2− as described above. On the other hand, as the reduction progresses, the amount of dissolved carbon dioxide decreases, and the electrolyte solution A is in a strongly alkaline state at the outlet of the liquid flow path 23a.

カソード21で二酸化炭素が還元されて生成する炭素化合物としては、一酸化炭素、エチレン、エタノール等を例示できる。例えば、図3に示すように、カソード21では以下の反応で、ガス状生成物として一酸化炭素及びエチレンが生成する。また、以下の反応で水素も生成する。生成したガス状の炭素化合物及び水素は、カソード21のガス拡散層を透過し、ガス流路24aから流出する。
CO+HO→CO+2OH
2CO+8HO→C+8OH+2H
2HO→H+2OH
Carbon monoxide, ethylene, ethanol, and the like can be exemplified as carbon compounds produced by reducing carbon dioxide at the cathode 21 . For example, as shown in FIG. 3, the following reactions at the cathode 21 produce carbon monoxide and ethylene as gaseous products. Hydrogen is also produced by the following reaction. The produced gaseous carbon compound and hydrogen permeate the gas diffusion layer of the cathode 21 and flow out from the gas flow path 24a.
CO 2 +H 2 O→CO+2OH
2CO + 8H2OC2H4 + 8OH- + 2H2O
2H 2 O→H 2 +2OH

また、カソード21で生じた水酸化物イオンは電解液B中をアノード22へと移動し、以下の反応で酸化されて酸素が生成する。生成した酸素は、アノード22のガス拡散層を透過し、ガス流路25aから排出される。
4OH→O+2H
Also, the hydroxide ions generated at the cathode 21 move through the electrolyte B to the anode 22 and are oxidized by the following reaction to generate oxygen. The generated oxygen permeates the gas diffusion layer of the anode 22 and is discharged from the gas flow path 25a.
4OH →O 2 +2H 2 O

このように、二酸化炭素処理装置100では、電気化学反応装置2に用いる電解液を吸収部12の吸収液として共用し、電解液Bに溶解させたまま二酸化炭素を電気化学反応装置2に供給して電気化学的に還元する。これにより、例えば二酸化炭素を吸着剤に吸着させ、加熱によって脱離させて還元する場合に比べて、二酸化炭素の脱離に要するエネルギーが低減され、エネルギー効率を高くできるうえ、二酸化炭素の損失も低減できる。 Thus, in the carbon dioxide treatment apparatus 100, the electrolytic solution used in the electrochemical reaction device 2 is shared as the absorbing liquid of the absorption unit 12, and carbon dioxide dissolved in the electrolytic solution B is supplied to the electrochemical reaction device 2. is electrochemically reduced. As a result, the energy required for desorption of carbon dioxide can be reduced compared to, for example, the case where carbon dioxide is adsorbed on an adsorbent, desorbed by heating, and reduced. can be reduced.

電源貯蔵装置3は、電気化学反応装置2に電力を供給する装置である。
変換部31では、再生可能エネルギーが電気エネルギーに変換される。変換部31としては、特に限定されず、例えば、風力発電機、太陽光発電機、地熱発電機を例示できる。電源貯蔵装置3が備える変換部31は、1つであってもよく、2つ以上であってもよい。
The power storage device 3 is a device that supplies power to the electrochemical reaction device 2 .
The conversion unit 31 converts the renewable energy into electrical energy. The conversion unit 31 is not particularly limited, and examples thereof include a wind power generator, a solar power generator, and a geothermal power generator. The number of conversion units 31 included in the power storage device 3 may be one, or two or more.

貯蔵部32では、変換部31で変換された電気エネルギーが貯蔵される。変換した電気エネルギーを貯蔵部32で貯蔵することで、変換部が発電していない時間帯も電気化学反応装置2に安定して電力を供給できる。また、再生可能エネルギーを利用する場合、一般に電圧変動が大きくなりやすいが、貯蔵部32で一旦貯蔵することで、電気化学反応装置2に安定した電圧で電力を供給できる。 The storage unit 32 stores the electrical energy converted by the conversion unit 31 . By storing the converted electrical energy in the storage unit 32, electric power can be stably supplied to the electrochemical reaction device 2 even when the conversion unit is not generating electricity. Also, when renewable energy is used, generally voltage fluctuations tend to be large, but by temporarily storing it in the storage unit 32, it is possible to supply power to the electrochemical reaction device 2 at a stable voltage.

この例の貯蔵部32はニッケル水素電池である。なお、貯蔵部32は、充放電が可能なものであればよく、例えば、リチウムイオン二次電池等であってもよい。
貯蔵部32は、図4(A)に示すように、正極33と、負極34と、正極33と負極34の間に設けられたセパレータ35と、正極33とセパレータ35の間に形成された正極側流路36と、負極34とセパレータ35の間に形成された負極側流路37と、を備えるニッケル水素電池である。正極側流路36と負極側流路37は、例えば、電気化学反応装置2の液流路23aと同様の液流路構造体を用いて形成できる。
The reservoir 32 in this example is a nickel metal hydride battery. It should be noted that the storage unit 32 may be of any type as long as it can be charged and discharged, and may be, for example, a lithium ion secondary battery.
As shown in FIG. 4A, the storage unit 32 includes a positive electrode 33, a negative electrode 34, a separator 35 provided between the positive electrode 33 and the negative electrode 34, and a positive electrode provided between the positive electrode 33 and the separator 35. The nickel-hydrogen battery includes a side channel 36 and a negative electrode-side channel 37 formed between a negative electrode 34 and a separator 35 . The positive channel 36 and the negative channel 37 can be formed using a liquid channel structure similar to the liquid channel 23a of the electrochemical reaction device 2, for example.

正極33としては、例えば、正極集電体の正極側流路36側に正極活物質が塗布されたものを例示できる。
正極集電体としては、特に限定されず、例えば、ニッケル箔、ニッケルメッキ金属箔を例示できる。
正極活物質としては、特に限定されず、例えば、水酸化ニッケル、オキシ水酸化ニッケルを例示できる。
As the positive electrode 33, for example, a positive electrode current collector coated with a positive electrode active material on the positive electrode side channel 36 side can be exemplified.
The positive electrode current collector is not particularly limited, and examples thereof include nickel foil and nickel-plated metal foil.
The positive electrode active material is not particularly limited, and examples thereof include nickel hydroxide and nickel oxyhydroxide.

負極34としては、例えば、負極集電体の負極側流路37側に負極活物質が塗布されたものを例示できる。
負極集電体としては、特に限定されず、例えば、ニッケルメッシュを例示できる。
負極活物質としては、特に限定されず、例えば、公知の水素吸蔵合金を例示できる。
As the negative electrode 34, for example, a negative electrode current collector coated with a negative electrode active material on the side of the negative electrode-side channel 37 can be exemplified.
The negative electrode current collector is not particularly limited, and for example, nickel mesh can be exemplified.
The negative electrode active material is not particularly limited, and examples thereof include known hydrogen storage alloys.

セパレータ35としては、特に限定されず、例えば、イオン交換膜を例示できる。 The separator 35 is not particularly limited, and for example, an ion exchange membrane can be exemplified.

貯蔵部32のニッケル水素電池は、セパレータ35の正極33側の正極側流路36と、セパレータ35の負極34側の負極側流路37のそれぞれに電解液が流れるフローセルである。二酸化炭素処理装置100では、吸収部12から液流路72を通じて供給される電解液Bと、電気化学反応装置2から液流路75を通じて供給される電解液Aが、正極側流路36と負極側流路37のそれぞれに流される。また、液流路72,73の貯蔵部32への接続はそれぞれ、正極側流路36に接続された状態と、負極側流路37に接続された状態が切り替えられるようになっている。同様に、液流路75,76の貯蔵部32への接続はそれぞれ、正極側流路36に接続された状態と、負極側流路37に接続された状態が切り替えられるようになっている。 The nickel-metal hydride battery of the storage unit 32 is a flow cell in which an electrolytic solution flows through a positive electrode-side channel 36 on the positive electrode 33 side of the separator 35 and a negative electrode-side channel 37 on the negative electrode 34 side of the separator 35 . In the carbon dioxide treatment device 100, the electrolytic solution B supplied from the absorption unit 12 through the liquid flow channel 72 and the electrolytic solution A supplied from the electrochemical reaction device 2 through the liquid flow channel 75 are connected to the positive electrode side flow channel 36 and the negative electrode. It flows into each of the side channels 37 . Further, the connection of the liquid flow paths 72 and 73 to the storage section 32 can be switched between the state of being connected to the positive electrode side flow path 36 and the state of being connected to the negative electrode side flow path 37 . Similarly, the connection of the liquid flow paths 75 and 76 to the storage section 32 can be switched between the state of being connected to the positive electrode side flow path 36 and the state of being connected to the negative electrode side flow path 37 .

ニッケル水素電池の放電時には、正極で水分子から水酸化物イオンが発生し、負極へ移動した水酸化物イオンが水素吸蔵合金から水素イオンを受け取って水分子が発生する。そのため、放電効率の観点では、正極側流路36を流れる電解液は弱アルカリ状態であることが有利であり、負極側流路37を流れる電解液は強アルカリ状態であることが有利である。そのため、放電時には、図4(A)に示すように、液流路72,73を正極側流路36に接続し、液流路75,76を負極側流路37に接続して、吸収部12から供給される電解液B(弱アルカリ)が正極側流路36を流れ、電気化学反応装置2から供給される電解液A(強アルカリ)が負極側流路37を流れるようにすることが好ましい。すなわち、放電時には、吸収部12、貯蔵部32の正極側流路36、電気化学反応装置2、貯蔵部32の負極側流路37、吸収部12の順で電解液が循環されることが好ましい。 During discharge of a nickel-metal hydride battery, hydroxide ions are generated from water molecules at the positive electrode, and the hydroxide ions that have moved to the negative electrode receive hydrogen ions from the hydrogen-absorbing alloy to generate water molecules. Therefore, from the viewpoint of discharge efficiency, it is advantageous for the electrolytic solution flowing through the positive electrode-side channel 36 to be in a weak alkaline state, and it is advantageous for the electrolytic solution flowing through the negative electrode-side channel 37 to be in a strong alkaline state. Therefore, at the time of discharge, as shown in FIG. Electrolyte B (weak alkaline) supplied from 12 flows through positive electrode side channel 36 , and electrolyte solution A (strong alkaline) supplied from electrochemical reaction device 2 flows through negative electrode side channel 37 . preferable. That is, during discharge, the electrolytic solution is preferably circulated in the order of the absorption section 12, the positive electrode side flow path 36 of the storage section 32, the electrochemical reaction device 2, the negative electrode side flow path 37 of the storage section 32, and the absorption section 12. .

また、ニッケル水素電池の充電時には、正極で水酸化物イオンから水分子が発生し、負極で水分子が水素原子と水酸化物イオンに分解され、水素原子が水素吸蔵合金に吸蔵される。そのため、充電効率の観点では、正極側流路36を流れる電解液は強アルカリ状態であることが有利であり、負極側流路37を流れる電解液は弱アルカリ状態であることが有利である。そのため、充電時には、図4(B)に示すように、液流路72,73を負極側流路37に接続し、液流路75,76を正極側流路36に接続して、吸収部12から供給される電解液B(弱アルカリ)が負極側流路37を流れ、電気化学反応装置2から供給される電解液A(強アルカリ)が正極側流路36を流れるようにすることが好ましい。すなわち、充電時には、吸収部12、貯蔵部32の負極側流路37、電気化学反応装置2、貯蔵部32の正極側流路36、吸収部12の順で電解液が循環されることが好ましい。 Also, during charging of the nickel-metal hydride battery, water molecules are generated from hydroxide ions at the positive electrode, the water molecules are decomposed into hydrogen atoms and hydroxide ions at the negative electrode, and the hydrogen atoms are absorbed into the hydrogen absorbing alloy. Therefore, from the viewpoint of charging efficiency, it is advantageous for the electrolytic solution flowing through the positive electrode side channel 36 to be in a strong alkaline state, and it is advantageous for the electrolytic solution flowing through the negative electrode side channel 37 to be in a weak alkaline state. Therefore, at the time of charging, as shown in FIG. Electrolyte B (weak alkali) supplied from 12 flows through negative electrode side channel 37, and electrolytic solution A (strong alkali) supplied from electrochemical reaction device 2 flows through positive electrode side channel 36. preferable. That is, during charging, it is preferable that the electrolytic solution is circulated in the order of the absorption section 12, the negative electrode side channel 37 of the storage section 32, the electrochemical reaction device 2, the positive electrode side flow path 36 of the storage section 32, and the absorption section 12. .

一般的には、二次電池を装置に組み込むと充放電効率の分だけ総合的なエネルギー効率が低下する傾向がある。しかし、前述のように、電気化学反応装置2の前後の電解液Aと電解液BのpH勾配を利用し、貯蔵部32の正極側流路36と負極側流路37に流す電解液を適切に入れ替えることで、Nernstの式で表される電極反応の「濃度過電圧」分の充放電効率を改善できる。 In general, when a secondary battery is incorporated in a device, the overall energy efficiency tends to decrease by the charge/discharge efficiency. However, as described above, the pH gradient of the electrolyte solution A and the electrolyte solution B before and after the electrochemical reaction device 2 is used to properly adjust the electrolyte solution to flow in the positive electrode side channel 36 and the negative electrode side channel 37 of the storage unit 32. , the charge/discharge efficiency can be improved by the "concentration overvoltage" of the electrode reaction represented by the Nernst equation.

第1濃度センサー4Aは、電気化学反応装置2のカソード21側で得られるガスC中のエチレン濃度を測定するためのセンサーである。第1濃度センサー4Aとしては、エチレン濃度を測定できるものであれば特に限定されず、公知の濃度センサーを採用できる。
第2濃度センサー4Bは、電気化学反応装置2のカソード21側で得られるガスC中の水素濃度を測定するためのセンサーである。第2濃度センサー4Bとしては、水素濃度を測定できるものであれば特に限定されず、公知の濃度センサーを採用できる。
第1濃度センサー4A及び第2濃度センサー4Bは、図1に示す例ではガス流路77に設けられているが、この態様に限定されるものではない。
The first concentration sensor 4A is a sensor for measuring the ethylene concentration in the gas C obtained on the cathode 21 side of the electrochemical reactor 2. The first concentration sensor 4A is not particularly limited as long as it can measure the ethylene concentration, and a known concentration sensor can be used.
The second concentration sensor 4B is a sensor for measuring the hydrogen concentration in the gas C obtained on the cathode 21 side of the electrochemical reaction device 2. The second concentration sensor 4B is not particularly limited as long as it can measure hydrogen concentration, and a known concentration sensor can be used.
The first concentration sensor 4A and the second concentration sensor 4B are provided in the gas flow path 77 in the example shown in FIG. 1, but are not limited to this aspect.

電気化学反応装置2のカソード21では、前述のように目的の二酸化炭素還元反応が関与しない副反応の水電解によって水素が発生し、それが二酸化炭素電解におけるエネルギー損失の一因となっている。
実施形態においてカソードでのH発生を抑制するには、アノード及びカソードの触媒活性のバランスが非常に重要である。例えば、アノード触媒が高活性でカソード触媒が低活性の場合、アノードでのO発生が活発に起こる一方で、カソードにおけるCO電解反応速度が不十分になり、副反応である水電解によってHが生成する。二酸化炭素処理装置運用中の両極での反応速度を適切にマネジメントできればエネルギー損失を低減できるが、そのマネジメントは両極それぞれの触媒の劣化のレベルやバランスによって最適解が変化する。そのため、両極において反応速度をフレキシブルにマネジメントできる手段があれば有用である。実施形態では、反応速度をフレキシブルにマネジメントする手段として、電気化学反応装置2への二酸化炭素供給量を制御できる制御装置5を用いる。
At the cathode 21 of the electrochemical reactor 2, hydrogen is generated by water electrolysis, which is a side reaction not involved in the target carbon dioxide reduction reaction, as described above, and this is one of the causes of energy loss in the carbon dioxide electrolysis.
To suppress H2 evolution at the cathode in embodiments, the balance of catalytic activity of the anode and cathode is very important. For example, when the anode catalyst has a high activity and the cathode catalyst has a low activity, O2 evolution occurs actively at the anode, while the CO2 electrolysis reaction rate at the cathode becomes insufficient, and the side reaction water electrolysis leads to H 2 is generated. Energy loss can be reduced by appropriately managing the reaction rate at both poles during operation of the carbon dioxide treatment plant, but the optimal solution for that management changes depending on the level and balance of catalyst deterioration at each pole. Therefore, it would be useful to have a means to flexibly manage the reaction rate at both ends. In the embodiment, a control device 5 capable of controlling the amount of carbon dioxide supplied to the electrochemical reaction device 2 is used as means for flexibly managing the reaction rate.

制御装置5は、電気化学反応装置2への二酸化炭素供給量と、カソード21及びアノード22への印加電圧とを、第1濃度センサー4Aで測定されるエチレン濃度に基づいて制御する装置である。
図1に示す例の制御装置5は、第1流量調整弁51を調節することによって電気化学反応装置2への電解液Bの供給量を制御し、第2流量調整弁52を調節することによって電気化学反応装置2への濃縮ガスG3の供給量を制御する。すなわち、この例の制御装置5は、二酸化炭素が溶解された電解液Bの供給量と、二酸化炭素ガスを含む濃縮ガスG3の供給量の少なくとも一方を制御することにより、電気化学反応装置2への二酸化炭素供給量を制御できるようになっている。また、図1に示す例の制御装置5は、電源貯蔵装置3の電気化学反応装置2への電力供給量を制御することにより、カソード21とアノード22の間に印加する印加電圧を制御できるようになっている。
なお、制御装置5はこの態様には限定されない。例えば、制御装置5は、二酸化炭素が溶解された電解液Bの供給量と、二酸化炭素ガスを含む濃縮ガスG3の供給量のいずれか一方のみを制御する態様であってもよい。
The control device 5 is a device that controls the amount of carbon dioxide supplied to the electrochemical reaction device 2 and the voltage applied to the cathode 21 and the anode 22 based on the ethylene concentration measured by the first concentration sensor 4A.
The control device 5 in the example shown in FIG. The supply amount of the concentrated gas G3 to the electrochemical reactor 2 is controlled. That is, the control device 5 of this example controls at least one of the supply amount of the electrolytic solution B in which carbon dioxide is dissolved and the supply amount of the concentrated gas G3 containing carbon dioxide gas to the electrochemical reaction device 2. It is designed to control the amount of carbon dioxide supplied. Further, the controller 5 in the example shown in FIG. 1 can control the voltage applied between the cathode 21 and the anode 22 by controlling the amount of power supplied from the power supply storage device 3 to the electrochemical reaction device 2. It has become.
Note that the control device 5 is not limited to this aspect. For example, the controller 5 may control only one of the supply amount of the electrolytic solution B in which carbon dioxide is dissolved and the supply amount of the concentrated gas G3 containing carbon dioxide gas.

制御装置5による制御は、(i)カソード21及びアノード22への印加電圧を一定にして電気化学反応装置2への二酸化炭素供給量を増減させ、前記二酸化炭素供給量を第1濃度センサー4Aで測定されるエチレン濃度が最高値となる量に制御することを含む。これにより、触媒劣化状態に合わせて両極の反応速度をフレキシブルにマネジメントできるため、エネルギー損失が低減され、エチレンを高効率に生成させることができる。 The control by the control device 5 is as follows: (i) the voltage applied to the cathode 21 and the anode 22 is kept constant to increase or decrease the amount of carbon dioxide supplied to the electrochemical reaction device 2; This includes controlling the amount that gives the highest measured ethylene concentration. As a result, it is possible to flexibly manage the reaction rate of both electrodes according to the deterioration state of the catalyst, so that energy loss can be reduced and ethylene can be produced with high efficiency.

制御(i)について、より具体的に説明する。まず、カソード21及びアノード22への印加電圧を一定にし、電気化学反応装置2への二酸化炭素供給量を増減させながら、電気化学反応装置2のカソード21側で得られるガスC中のエチレン濃度を第1濃度センサー4Aによって測定する。そして、この二酸化炭素供給量の増減中において測定されたエチレン濃度が最高値となったときの二酸化炭素供給量の値を検出する。そして、電気化学反応装置2への二酸化炭素供給量を当該値に設定する。 Control (i) will be described more specifically. First, the voltage applied to the cathode 21 and the anode 22 is kept constant, and the ethylene concentration in the gas C obtained on the cathode 21 side of the electrochemical reactor 2 is changed while increasing or decreasing the amount of carbon dioxide supplied to the electrochemical reactor 2. It is measured by the first density sensor 4A. Then, the value of the amount of carbon dioxide supplied when the ethylene concentration measured during the increase and decrease of the amount of carbon dioxide reaches the maximum value is detected. Then, the amount of carbon dioxide supplied to the electrochemical reaction device 2 is set to the value.

制御装置5による制御は、制御(i)に加えて、(ii)電気化学反応装置2への二酸化炭素供給量を一定にしてカソード21及びアノード22への印加電圧を増減させ、前記印加電圧を第1濃度センサー4Aで測定されるエチレン濃度が最高値となる電圧に制御することをさらに含み、制御(i)と制御(ii)が繰り返されるようになっていることが好ましい。これにより、触媒劣化状態に合わせて両極の反応速度をさらにフレキシブルにマネジメントできるため、エネルギー損失がさらに低減され、エチレンを最大限に生成させることができる。 In addition to control (i), the control by the control device 5 includes (ii) increasing or decreasing the voltage applied to the cathode 21 and the anode 22 while keeping the amount of carbon dioxide supplied to the electrochemical reaction device 2 constant, and increasing the voltage applied to the electrochemical reactor 2. Preferably, the control (i) and the control (ii) are repeated, further including controlling the voltage at which the ethylene concentration measured by the first concentration sensor 4A reaches the maximum value. As a result, the reaction rate of both electrodes can be managed more flexibly according to the deterioration state of the catalyst, thereby further reducing energy loss and maximizing the production of ethylene.

制御(ii)について、より具体的に説明する。まず、電気化学反応装置2への二酸化炭素供給量を一定にし、カソード21及びアノード22への印加電圧を増減させながら、電気化学反応装置2のカソード21側で得られるガスC中のエチレン濃度を第1濃度センサー4Aによって測定する。そして、この印加電圧の増減中において測定されたエチレン濃度が最高値となったときの二酸化炭素供給量の値を検出する。そして、カソード21及びアノード22への印加電圧を当該値に設定する。 Control (ii) will be described more specifically. First, while the amount of carbon dioxide supplied to the electrochemical reaction device 2 is kept constant and the voltage applied to the cathode 21 and the anode 22 is increased or decreased, the ethylene concentration in the gas C obtained at the cathode 21 side of the electrochemical reaction device 2 is changed to It is measured by the first density sensor 4A. Then, the value of the amount of carbon dioxide supplied when the ethylene concentration reaches the maximum value measured while the applied voltage is increased or decreased is detected. Then, the applied voltage to the cathode 21 and the anode 22 is set to the value.

制御装置5による制御(i)と制御(ii)の繰り返しを停止する時期は、特に限定されない。例えば、予め停止の基準となる水素濃度を決定し、第2濃度センサー4Bで測定される水素濃度が所定値未満となったときに、制御(i)と制御(ii)の繰り返しが停止されるように設定することができるが、限定されるものではない。 The timing of stopping the repetition of control (i) and control (ii) by the control device 5 is not particularly limited. For example, the hydrogen concentration that serves as a reference for stopping is determined in advance, and when the hydrogen concentration measured by the second concentration sensor 4B becomes less than a predetermined value, the repetition of control (i) and control (ii) is stopped. can be set as, but is not limited to:

前回の制御(i)でエチレン濃度が最高値となるように設定した二酸化炭素供給量Rに対する、その次の制御(i)でエチレン濃度が最高値となるように設定した二酸化炭素供給量Rの変化率をP(ただし、P=(R-R)/R×100)とする。また、前回の制御(ii)でエチレン濃度が最高値となるように設定した印加電圧Vに対する、その次の制御(ii)でエチレン濃度が最高値となるように設定した印加電圧Vの変化率をQ(ただし、Q=(V-V)/V×100)とする。例えば、変化率Pと変化率Qがともに0.5%以下となったとき、より好ましくは1%以下となったときに、制御(i)と制御(ii)の繰り返しが停止されるように設定することもできる。 Carbon dioxide supply amount R set so that the ethylene concentration becomes the maximum value in the next control (i) with respect to the carbon dioxide supply amount R 0 set so that the ethylene concentration becomes the maximum value in the previous control (i) Let the rate of change of 1 be P (where P=(R 1 −R 0 )/R 0 ×100). In addition, the applied voltage V1 set so that the ethylene concentration becomes the maximum value in the next control (ii) with respect to the applied voltage V0 set so that the ethylene concentration becomes the maximum value in the previous control ( ii). Let the rate of change be Q (Q=(V 1 −V 0 )/V 0 ×100). For example, when both the rate of change P and the rate of change Q are 0.5% or less, more preferably 1% or less, the repetition of control (i) and control (ii) is stopped. Can also be set.

制御装置5による制御は、第2濃度センサー4Bで測定される、電気化学反応装置2のカソード21側で得られるガスC中の水素濃度が所定値以上になったときに開始されるように設定されていることが好ましい。これにより、触媒劣化状態に合わせて両極の反応速度をフレキシブルにマネジメントすることが容易になる。 The control by the control device 5 is set to start when the hydrogen concentration in the gas C obtained on the cathode 21 side of the electrochemical reaction device 2, measured by the second concentration sensor 4B, reaches or exceeds a predetermined value. It is preferable that This makes it easy to flexibly manage the reaction rates of both electrodes in accordance with the deterioration state of the catalyst.

増炭反応装置6は、電気化学反応装置2で二酸化炭素が還元されて生成したエチレンを多量化して増炭する装置である。
電気化学反応装置2のカソード21側で得られるエチレンを含むガスCは、ガス流路77を通じて反応器61に送られる。反応器61では、オレフィン多量化触媒の存在下、エチレンの多量化反応を行う。これにより、例えば、1-ブテン、1-ヘキセン、1-オクテン等の増炭されたオレフィンを製造できる。
The coal-increase reactor 6 is a device that increases the amount of ethylene produced by the reduction of carbon dioxide in the electrochemical reactor 2 to increase coal.
A gas C containing ethylene obtained on the cathode 21 side of the electrochemical reactor 2 is sent to the reactor 61 through the gas flow path 77 . In the reactor 61, an ethylene polymerization reaction is carried out in the presence of an olefin polymerization catalyst. This makes it possible to produce carbon-rich olefins such as 1-butene, 1-hexene, 1-octene, and the like.

オレフィン多量化触媒としては、特に限定されず、多量化反応に用いられる公知の触媒を使用でき、例えば、シリカアルミナやゼオライトを担体に用いた固体酸触媒、遷移金属錯体化合物を例示できる。 The olefin multimerization catalyst is not particularly limited, and known catalysts used for multimerization reactions can be used. Examples thereof include solid acid catalysts using silica alumina or zeolite as a carrier, and transition metal complex compounds.

この例の増炭反応装置6では、反応器61から流出する多量化反応後の生成ガスDは、ガス流路78を通じて気液分離器62に送られる。炭素数6以上のオレフィンは常温で液体である。そのため、例えば炭素数6以上のオレフィンを目的の炭素化合物とする場合、気液分離器62の温度を30℃程度にすることで、炭素数6以上のオレフィン(オレフィン液E1)と炭素数6未満のオレフィン(オレフィンガスE2)とを容易に気液分離できる。また、気液分離器62の温度を上げることで、得られるオレフィン液E1の炭素数を大きくすることができる。 In the carbon enrichment reactor 6 of this example, the product gas D after the multimerization reaction that flows out from the reactor 61 is sent to the gas-liquid separator 62 through the gas flow path 78 . Olefins having 6 or more carbon atoms are liquid at room temperature. Therefore, for example, when an olefin having 6 or more carbon atoms is used as the target carbon compound, by setting the temperature of the gas-liquid separator 62 to about 30 ° C., the olefin having 6 or more carbon atoms (olefin liquid E1) and less than 6 carbon atoms olefin (olefin gas E2) can be easily separated from gas and liquid. Moreover, the carbon number of the olefin liquid E1 obtained can be enlarged by raising the temperature of the gas-liquid separator 62. FIG.

回収装置1の第1濃縮部11に供給するガスG1が大気であれば、気液分離器62における生成ガスDの冷却には、第1濃縮部11及び第2濃縮部13からガス流路83を通じて送られてくる分離ガスG4を利用してもよい。例えば冷却管を備える気液分離器62を用い、冷却管内に分離ガスG4を通し、冷却管外に生成ガスDを通して、冷却管の表面で凝集させてオレフィン液E1とする。また、気液分離器62で分離されたオレフィンガスE2は、エチレン等の未反応成分や、目的のオレフィンよりも炭素数が少ないオレフィンを含むため、ガス流路80を通じて反応器61に返送して多量化反応に再利用することができる。 If the gas G1 supplied to the first enrichment section 11 of the recovery device 1 is the atmosphere, the gas flow path 83 from the first enrichment section 11 and the second enrichment section 13 is used to cool the generated gas D in the gas-liquid separator 62. You may utilize the separation gas G4 sent through. For example, using a gas-liquid separator 62 equipped with a cooling pipe, the separated gas G4 is passed through the cooling pipe, and the product gas D is passed outside the cooling pipe, and condensed on the surface of the cooling pipe to obtain the olefin liquid E1. In addition, since the olefin gas E2 separated by the gas-liquid separator 62 contains unreacted components such as ethylene and olefins having fewer carbon atoms than the target olefin, it is returned to the reactor 61 through the gas flow path 80. It can be reused for multimerization reactions.

反応器61におけるエチレンの多量化反応は、供給物質の方が生成物質よりもエンタルピーが高く、反応エンタルピーが負となる発熱反応である。二酸化炭素処理装置100では、増炭反応装置6の反応器61で発生した反応熱を利用して熱媒Fを加熱し、循環流路79を通じて熱媒Fを熱交換器7に循環させ、熱交換器7において熱媒Fと電解液Bとの間で熱交換させるようになっている。これにより、電気化学反応装置2に供給される電解液Bが加熱される。強アルカリ性水溶液を用いた電解液Bでは、昇温されても溶存二酸化炭素はガスとして分離しにくく、電解液Bの温度が上がることで電気化学反応装置2における酸化還元の反応速度が向上する。 The ethylene multimerization reaction in the reactor 61 is an exothermic reaction in which the feed material has a higher enthalpy than the product material and the reaction enthalpy is negative. In the carbon dioxide treatment apparatus 100, the heat of reaction generated in the reactor 61 of the coal-enhancing reactor 6 is used to heat the heat medium F, and the heat medium F is circulated through the circulation flow path 79 to the heat exchanger 7 to generate heat. Heat is exchanged between the heat medium F and the electrolyte B in the exchanger 7 . Thereby, the electrolytic solution B supplied to the electrochemical reaction device 2 is heated. In the electrolytic solution B using a strong alkaline aqueous solution, the dissolved carbon dioxide is difficult to separate as a gas even if the temperature is raised, and the oxidation-reduction reaction rate in the electrochemical reaction device 2 is improved by increasing the temperature of the electrolytic solution B.

増炭反応装置6は、電気化学反応装置2で生成する水素を利用して、エチレンを多量化して得たオレフィンの水素化反応を行う反応器や、オレフィンやパラフィンの異性化反応を行う反応器をさらに備えていてもよい。 The carbon enrichment reactor 6 is a reactor that uses the hydrogen generated in the electrochemical reactor 2 to carry out a hydrogenation reaction of olefins obtained by enriching ethylene, or a reactor that carries out an isomerization reaction of olefins and paraffins. may further include

[二酸化炭素処理方法]
本発明の一態様に係る二酸化炭素処理方法は、以下の工程(a)及び工程(b)を含む方法である。本発明の二酸化炭素処理方法は、炭素化合物の製造方法に利用できる。すなわち、本発明の二酸化炭素処理方法を用いて、二酸化炭素が還元された炭素化合物や、二酸化炭素が還元された炭素化合物を原料とする別の炭素化合物を製造することができる。
工程(a):カソード及びアノードを備える電気化学反応装置を用い、二酸化炭素を前記カソードで電気化学的に還元してエチレンを生成させる。
工程(b):カソード及びアノードへの印加電圧を一定にして電気化学反応装置への二酸化炭素供給量を増減させ、二酸化炭素供給量を電気化学反応装置のカソード側で得られるガス中のエチレン濃度が最高値となる量に制御する。
[Carbon dioxide treatment method]
A carbon dioxide treatment method according to one aspect of the present invention is a method including the following steps (a) and (b). The carbon dioxide treatment method of the present invention can be used for the production of carbon compounds. That is, using the carbon dioxide treatment method of the present invention, it is possible to produce a carbon compound in which carbon dioxide has been reduced, or another carbon compound using a carbon compound in which carbon dioxide has been reduced as a raw material.
Step (a): Using an electrochemical reactor comprising a cathode and an anode, carbon dioxide is electrochemically reduced at the cathode to produce ethylene.
Step (b): The amount of carbon dioxide supplied to the electrochemical reactor is increased or decreased while the voltage applied to the cathode and anode is kept constant, and the amount of carbon dioxide supplied is adjusted to the ethylene concentration in the gas obtained on the cathode side of the electrochemical reactor. is controlled to the maximum value.

本発明の一態様に係る二酸化炭素処理方法は、工程(a)及び工程(b)に加え、以下の工程(c)をさらに含み、工程(b)と工程(c)を繰り返して二酸化炭素供給量及び印加電圧の両方を制御する方法であることが好ましい。
工程(c):電気化学反応装置への二酸化炭素供給量を一定にしてカソード及びアノードへの印加電圧を増減させ、印加電圧を電気化学反応装置のカソード側で得られるガス中のエチレン濃度が最高値となる電圧に制御する。
In addition to the steps (a) and (b), the carbon dioxide treatment method according to one aspect of the present invention further includes the following step (c), and the steps (b) and (c) are repeated to supply carbon dioxide. Preferably, the method controls both the amount and the applied voltage.
Step (c): The amount of carbon dioxide supplied to the electrochemical reactor is constant, the voltage applied to the cathode and the anode is increased or decreased, and the applied voltage is adjusted so that the ethylene concentration in the gas obtained on the cathode side of the electrochemical reactor is the highest. Control the voltage to the desired value.

また、二酸化炭素処理装置100のように、増炭反応装置を備える二酸化炭素処理装置を用いる場合、二酸化炭素処理方法は、以下の工程(d)をさらに含む。
工程(d):溶存二酸化炭素が還元されて生成したエチレンを多量化する。
Moreover, when using a carbon dioxide treatment apparatus equipped with a carbon enrichment reactor like the carbon dioxide treatment apparatus 100, the carbon dioxide treatment method further includes the following step (d).
Step (d): Ethylene produced by reduction of dissolved carbon dioxide is increased.

以下、二酸化炭素処理方法の一例として、前記した二酸化炭素処理装置100を用いる場合について説明する。
二酸化炭素処理装置100を用いた二酸化炭素処理方法では、まず排気ガス、大気等をガスG1として第1濃縮部11に供給し、二酸化炭素を濃縮して濃縮ガスG2とする。前述のように、吸収部12で二酸化炭素を電解液Aに吸収させることが濃縮アシストになるため、第1濃縮部11では二酸化炭素を高濃度まで濃縮する必要はない。濃縮ガスG2の二酸化炭素濃度は、適宜設定することができ、例えば、25~85体積%とすることができる。
Hereinafter, as an example of the carbon dioxide treatment method, the case of using the carbon dioxide treatment apparatus 100 described above will be described.
In the carbon dioxide treatment method using the carbon dioxide treatment apparatus 100, first, exhaust gas, air, etc. are supplied as gas G1 to the first concentration unit 11, and carbon dioxide is concentrated to obtain concentrated gas G2. As described above, the absorption of carbon dioxide into the electrolytic solution A in the absorption unit 12 assists the concentration, so the first concentration unit 11 does not need to concentrate carbon dioxide to a high concentration. The carbon dioxide concentration of the concentrated gas G2 can be set as appropriate, and can be, for example, 25 to 85% by volume.

第1濃縮部11から濃縮ガスG2の一部を吸収部12に供給し、濃縮ガスG2を電解液Aと接触させ、濃縮ガスG2中の二酸化炭素を電解液Aに溶解させて吸収させる。二酸化炭素が溶解された電解液Bは弱アルカリ状態となる。また、電解液Bを吸収部12から貯蔵部32を介して熱交換器7へと供給し、熱媒Fとの熱交換によって加熱した電解液Bを電気化学反応装置2に供給する。電気化学反応装置2に供給する電解液Bの温度は、適宜設定することができ、例えば、65~105℃とすることができる。
また、第1濃縮部11で得た濃縮ガスG2の残部を第2濃縮部13に供給し、二酸化炭素をさらに濃縮して濃縮ガスG3とする。濃縮ガスG3の二酸化炭素濃度は、適宜設定することができ、例えば、80~100体積%とすることができる。
Part of the concentrated gas G2 is supplied from the first concentration unit 11 to the absorption unit 12, the concentrated gas G2 is brought into contact with the electrolytic solution A, and the carbon dioxide in the concentrated gas G2 is dissolved in the electrolytic solution A and absorbed. Electrolytic solution B in which carbon dioxide is dissolved becomes weakly alkaline. Also, the electrolytic solution B is supplied from the absorption part 12 to the heat exchanger 7 via the storage part 32 , and the electrolytic solution B heated by heat exchange with the heat medium F is supplied to the electrochemical reaction device 2 . The temperature of the electrolytic solution B supplied to the electrochemical reaction device 2 can be appropriately set, and can be, for example, 65 to 105.degree.
Further, the remainder of the enriched gas G2 obtained in the first enrichment section 11 is supplied to the second enrichment section 13 to further concentrate the carbon dioxide to obtain the enriched gas G3. The carbon dioxide concentration of the concentrated gas G3 can be set as appropriate, and can be, for example, 80 to 100% by volume.

工程(a)では、電気化学反応装置2の液流路23aに電解液Bを流し、ガス流路24aに濃縮ガスG3を流す。また、電源貯蔵装置3から電気化学反応装置2に電力を供給し、カソード21とアノード22の間に電圧を印加する。そして、電解液B中の溶存二酸化炭素と濃縮ガスG3中の二酸化炭素ガスをカソード21で電気化学的に還元して炭素化合物を生成させる。このとき、アノード22では電解液B中の水酸化物イオンが酸化されて酸素が発生する。電解液B中の溶存二酸化炭素の量は還元が進行するにつれて少なくなり、液流路23aの出口からは強アルカリ状態の電解液Aが流出する。還元によって生成したエチレンを含むガスCは、カソード21のガス拡散層を透過し、ガス流路24aを通じて電気化学反応装置2から流出し、増炭反応装置6へと送られる。 In step (a), the electrolytic solution B is passed through the liquid channel 23a of the electrochemical reaction device 2, and the concentrated gas G3 is passed through the gas channel 24a. Also, power is supplied from the power storage device 3 to the electrochemical reaction device 2 and a voltage is applied between the cathode 21 and the anode 22 . Then, the carbon dioxide dissolved in the electrolytic solution B and the carbon dioxide gas in the concentrated gas G3 are electrochemically reduced by the cathode 21 to produce a carbon compound. At this time, the hydroxide ions in the electrolytic solution B are oxidized at the anode 22 to generate oxygen. The amount of carbon dioxide dissolved in the electrolytic solution B decreases as the reduction progresses, and the electrolytic solution A in a strongly alkaline state flows out from the outlet of the liquid flow path 23a. A gas C containing ethylene produced by the reduction permeates the gas diffusion layer of the cathode 21, flows out of the electrochemical reactor 2 through the gas flow path 24a, and is sent to the carbon enriching reactor 6.

工程(b)では、二酸化炭素処理中の任意の時期に、制御装置5により、カソード21及びアノード22への印加電圧を一定にし、電気化学反応装置2への二酸化炭素供給量を増減させ、二酸化炭素供給量をガスC中のエチレン濃度が最高値となる量に制御する。
また、他の一例では、工程(c)において、制御装置5により、電気化学反応装置2への二酸化炭素供給量を一定にし、カソード21及びアノード22への印加電圧を増減させ、印加電圧をガスC中のエチレン濃度が最高値となる電圧に制御する。この工程(b)と工程(c)を繰り返し、電気化学反応装置2への二酸化炭素供給量と、カソード21及びアノード22への印加電圧を最適化する。工程(b)と工程(c)を交互に繰り返す場合、それらの順序は特に限定されず、工程(b)から行ってもよく、工程(c)から行ってもよい。
In step (b), at any time during the carbon dioxide treatment, the control device 5 keeps the voltage applied to the cathode 21 and the anode 22 constant, increases or decreases the amount of carbon dioxide supplied to the electrochemical reaction device 2, and dioxidizes The amount of carbon supplied is controlled so that the ethylene concentration in gas C becomes the maximum value.
In another example, in step (c), the control device 5 keeps the amount of carbon dioxide supplied to the electrochemical reaction device 2 constant, increases or decreases the voltage applied to the cathode 21 and the anode 22, and changes the voltage applied to the gas. The voltage is controlled so that the ethylene concentration in C reaches the maximum value. This step (b) and step (c) are repeated to optimize the amount of carbon dioxide supplied to the electrochemical reactor 2 and the voltage applied to the cathode 21 and the anode 22 . When the step (b) and the step (c) are alternately repeated, the order thereof is not particularly limited, and the step (b) or the step (c) may be performed.

工程(b)における二酸化炭素供給量の増減時間は、適宜設定することができ、例えば1分間~10分間とすることができる。
工程(b)における二酸化炭素供給量の増減幅は、適宜設定することができ、例えば10L/分(電極面積1mあたり)~200L/分(電極面積1mあたり)とすることができる。
The time for increasing or decreasing the amount of carbon dioxide supplied in step (b) can be set as appropriate, and can be, for example, 1 minute to 10 minutes.
The amount of increase or decrease in the amount of carbon dioxide supplied in step (b) can be set as appropriate, and can be, for example, 10 L/min (per 1 m 2 of electrode area) to 200 L/min (per 1 m 2 of electrode area).

工程(c)における印加電圧の増減時間は、適宜設定することができ、例えば1分間~10分間とすることができる。
工程(c)における印加電圧の増減幅は、適宜設定することができ、例えば1.5V(単層あたり)~3.0V(単層あたり)とすることができる。
The increase/decrease time of the applied voltage in step (c) can be set as appropriate, and can be, for example, 1 minute to 10 minutes.
The amount of increase/decrease in the applied voltage in step (c) can be set as appropriate, and can be, for example, 1.5 V (per single layer) to 3.0 V (per single layer).

工程(d)では、二酸化炭素の還元によって生成したエチレンを含むガスCを反応器61に送り、反応器61内でオレフィン多量化触媒と気相接触させ、エチレンを多量化する。これにより、エチレンが多量化されたオレフィンが得られる。例えば炭素数6以上のオレフィンを目的の炭素化合物とする場合、反応器61から出た生成ガスDを気液分離器62に送り、30℃程度まで冷却する。そうすると、目的の炭素数6以上のオレフィン(例えば1-ヘキセン)が液化し、炭素数6未満のオレフィンはガスのままとなるため、オレフィン液E1(目的の炭素化合物)とオレフィンガスE2として容易に分離できる。気液分離するオレフィン液E1とオレフィンガスE2の炭素数は、気液分離の温度によって調節できる。 In step (d), the gas C containing ethylene produced by the reduction of carbon dioxide is sent to the reactor 61 and brought into vapor phase contact with an olefin-enriching catalyst within the reactor 61 to enrich ethylene. This gives an ethylene-enriched olefin. For example, when an olefin having 6 or more carbon atoms is used as the target carbon compound, the product gas D from the reactor 61 is sent to the gas-liquid separator 62 and cooled to about 30°C. Then, the target olefin having 6 or more carbon atoms (for example, 1-hexene) is liquefied, and the olefin having less than 6 carbon atoms remains as gas, so that it can be easily produced as olefin liquid E1 (target carbon compound) and olefin gas E2. Separable. The number of carbon atoms in the olefin liquid E1 and the olefin gas E2 to be gas-liquid separated can be adjusted by the temperature of the gas-liquid separation.

気液分離後のオレフィンガスE2は、反応器61に返送して多層化反応に再利用することができる。このように、目的のオレフィンよりも炭素数が少ないオレフィンを反応器61と気液分離器62の間で循環させる場合、反応器61では原料ガス(エチレンを含むガスCとオレフィンガスE2との混合ガス)と触媒との接触時間を調節し、各分子が平均1回の多層化反応を起こす条件に制御することが好ましい。これにより、反応器61で生成するオレフィンの炭素数が意図せず大きくなることが抑制されるため、気液分離器62において目的の炭素数のオレフィン(オレフィン液E1)を選択的に分離できる。 The olefin gas E2 after the gas-liquid separation can be returned to the reactor 61 and reused for the multi-layering reaction. In this way, when an olefin having fewer carbon atoms than the target olefin is circulated between the reactor 61 and the gas-liquid separator 62, in the reactor 61, the raw material gas (a mixture of the ethylene-containing gas C and the olefin gas E2 It is preferable to adjust the contact time between the gas) and the catalyst so that each molecule undergoes an average of one multilayer reaction. This prevents the olefin produced in the reactor 61 from unintentionally increasing in carbon number, so that the gas-liquid separator 62 can selectively separate the olefin having the desired carbon number (olefin liquid E1).

このような方法によれば、再生可能な炭素源から有価物を高い選択性で効率良く得ることができる。そのため、フィッシャー・トロプシュ(FT)合成法やMtG法を利用する従来の石油化学において必要な蒸留塔等の大型の精製設備を必要とせず、総合的に見て経済面で優位である。 According to such a method, a valuable substance can be efficiently obtained from a renewable carbon source with high selectivity. Therefore, it does not require large-scale refining equipment such as a distillation column, which is required in conventional petrochemicals using the Fischer-Tropsch (FT) synthesis method or the MtG method, and is economically superior overall.

多量化反応の反応温度は、200~350℃が好ましい。
多量化反応の反応時間、すなわち原料ガスとオレフィン多量化触媒との接触時間は、過度な多量化反応が抑制されて目的の炭素化合物の選択率が向上する点から、W/Fで10~250g・min./molが好ましい。
The reaction temperature for the multimerization reaction is preferably 200 to 350°C.
The reaction time of the multimerization reaction, that is, the contact time between the raw material gas and the olefin multimerization catalyst is 10 to 250 g in W / F from the point that excessive multimerization reaction is suppressed and the selectivity of the target carbon compound is improved.・min. /mol is preferred.

目的のオレフィンよりも炭素数が少ないオレフィンを反応器61と気液分離器62の間で循環させ、原料ガスと触媒との接触時間を調節して製造する炭素化合物の選択性を高めてもよい。 An olefin having fewer carbon atoms than the target olefin may be circulated between the reactor 61 and the gas-liquid separator 62 to adjust the contact time between the raw material gas and the catalyst to increase the selectivity of the carbon compound to be produced. .

さらに、エチレンを多量化して得たオレフィンを水素化してパラフィンを得てもよく、さらに異性化させてもよい。
オレフィンの水素化反応としては、公知の方法を採用でき、例えば、シリカアルミナやゼオライトといった固体酸触媒を用いて水素化反応する方法を例示できる。
異性化反応としては、公知の方法を採用でき、例えば、シリカアルミナやゼオライトといった固体酸触媒を用いて異性化反応する方法を例示できる。
Further, olefins obtained by enriching ethylene may be hydrogenated to obtain paraffins, and may be further isomerized.
As the hydrogenation reaction of the olefin, a known method can be employed, and for example, a hydrogenation reaction method using a solid acid catalyst such as silica alumina or zeolite can be exemplified.
As the isomerization reaction, a known method can be employed, and for example, a method of performing an isomerization reaction using a solid acid catalyst such as silica alumina or zeolite can be exemplified.

以上説明したように、本発明の一態様では、カソード側で得られるガス中のエチレン濃度に基づいて電気化学反応装置への二酸化炭素供給量を制御するため、触媒劣化状態に合わせて両極の反応速度をフレキシブルにマネジメントできる。そのため、エネルギー損失が低減され、エチレンを高効率に生成させることができる。 As described above, in one aspect of the present invention, the amount of carbon dioxide supplied to the electrochemical reactor is controlled based on the ethylene concentration in the gas obtained on the cathode side. Speed can be managed flexibly. Therefore, energy loss is reduced, and ethylene can be produced with high efficiency.

なお、本発明は、前記した態様には限定されない。
例えば、回収装置が吸収部を備えておらず、回収装置から電気化学反応装置に供給される二酸化炭素が第2濃縮部からの二酸化炭素ガスのみである二酸化炭素処理装置としてもよい。また、回収装置が第2濃縮部を備えておらず、回収装置から電気化学反応装置に供給される二酸化炭素が吸収部からの電解液中の溶存二酸化炭素のみである二酸化炭素処理装置としてもよい。
In addition, this invention is not limited to an above-described aspect.
For example, the carbon dioxide treatment device may be such that the recovery device does not have an absorption unit, and the carbon dioxide supplied from the recovery device to the electrochemical reaction device is only the carbon dioxide gas from the second concentration unit. Alternatively, the carbon dioxide treatment device may be such that the recovery device does not include the second enrichment unit, and the carbon dioxide supplied from the recovery device to the electrochemical reaction device is only carbon dioxide dissolved in the electrolytic solution from the absorption unit. .

二酸化炭素処理装置100において、電気化学反応装置2の代わりに、図5に示す電気化学反応装置2Aを備える二酸化炭素処理装置であってもよい。図5における図2と同じ部分は同符号を付して説明を省略する。
電気化学反応装置2Aでは、カソード21とアノード22の間に、液流路構造体29Aとアニオン交換膜28と液流路構造体29Bとがカソード21側からこの順に設けられている。これにより、カソード21とアニオン交換膜28との間にカソード側電解液Hが流れるカソード側液流路29aが形成され、アノード22とアニオン交換膜28との間にアノード側電解液(電解液B)が流れるアノード側液流路29bが形成されている。
In place of the electrochemical reaction device 2, the carbon dioxide treatment device 100 may be a carbon dioxide treatment device equipped with an electrochemical reaction device 2A shown in FIG. The same parts in FIG. 5 as those in FIG.
In the electrochemical reaction device 2A, a liquid channel structure 29A, an anion exchange membrane 28, and a liquid channel structure 29B are provided in this order from the cathode 21 side between the cathode 21 and the anode 22. As shown in FIG. As a result, a cathode-side liquid flow path 29a is formed between the cathode 21 and the anion-exchange membrane 28, through which the cathode-side electrolyte H flows, and between the anode 22 and the anion-exchange membrane 28, the anode-side electrolyte (electrolyte B) is formed. ) is formed in the anode side liquid channel 29b.

電気化学反応装置2Aでは、カソード側液流路29aの出口から排出されるカソード側電解液Hは、液流路84を通じてカソード側液流路29aの入口に返送されて循環するようになっている。液流路84にはpH調整器及びpH測定器を設けることができる。
前記pH調整器には、pH調整剤として、水酸化カリウム等のアルカリ、二酸化炭素等を用いることができる。pH調整剤の二酸化炭素としては、例えば、第1濃縮部11又は第2濃縮部13で得られる濃縮ガス中の二酸化炭素を用いることができる。
In the electrochemical reaction device 2A, the cathode-side electrolytic solution H discharged from the outlet of the cathode-side liquid channel 29a is returned to the inlet of the cathode-side liquid channel 29a through the liquid channel 84 and circulated. . The liquid channel 84 can be provided with a pH adjuster and a pH measuring device.
For the pH adjuster, an alkali such as potassium hydroxide, carbon dioxide, or the like can be used as a pH adjuster. Carbon dioxide in the concentrated gas obtained in the first concentration section 11 or the second concentration section 13 can be used as the carbon dioxide of the pH adjuster, for example.

電気化学反応装置2Aでは、カソード21とアノード22に電圧が印加されることで、ガス流路24aを流れる濃縮ガスG3中の二酸化炭素が還元され、炭素化合物及び水素が生成する。電気化学反応装置2Aを用いる場合、アノード側電解液として電解液Bを供給し、カソード側電解液のpHをアノード側電解液のpHよりも高くすることで、カソード21での水素発生がさらに抑制され、エチレンをさらに高効率に生成させることができる。
具体的なpHとしては、アノード側電解液のpHを14以下、例えば、8~14の範囲とし、カソード側電解液のpHを14超とすることができる。
In the electrochemical reaction device 2A, voltage is applied to the cathode 21 and the anode 22, thereby reducing carbon dioxide in the concentrated gas G3 flowing through the gas flow path 24a to produce carbon compounds and hydrogen. When the electrochemical reaction device 2A is used, the electrolytic solution B is supplied as the anode-side electrolytic solution, and the pH of the cathode-side electrolytic solution is made higher than the pH of the anode-side electrolytic solution, thereby further suppressing hydrogen generation at the cathode 21. and can produce ethylene more efficiently.
Specifically, the pH of the anode-side electrolyte can be set to 14 or less, for example, in the range of 8 to 14, and the pH of the cathode-side electrolyte can be set to more than 14.

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。 In addition, it is possible to appropriately replace the constituent elements in the above-described embodiment with well-known constituent elements without departing from the spirit of the present invention, and the modifications described above may be combined as appropriate.

100…二酸化炭素処理装置、1…回収装置、2,2A…電気化学反応装置、3…電源貯蔵装置、4A…第1濃度センサー、4B…第2濃度センサー、5…制御装置、6…増炭反応装置、7…熱交換器、11…第1濃縮部、12…吸収部、13…第2濃縮部、21…カソード、22…アノード、23a…液流路、24a…ガス流路、31…変換部、32…貯蔵部、33…正極、34…負極、35…セパレータ、36…正極側流路、37…負極側流路、61…反応器、62…気液分離器。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100... Carbon dioxide processing apparatus 1... Recovery apparatus 2, 2A... Electrochemical reaction apparatus 3... Power supply storage apparatus 4A... First concentration sensor 4B... Second concentration sensor 5... Control device 6... Carbon increase Reactor 7 Heat exchanger 11 First concentration unit 12 Absorption unit 13 Second concentration unit 21 Cathode 22 Anode 23a Liquid channel 24a Gas channel 31 Conversion part 32 Storage part 33 Positive electrode 34 Negative electrode 35 Separator 36 Positive electrode side channel 37 Negative electrode side channel 61 Reactor 62 Gas-liquid separator.

Claims (10)

二酸化炭素を回収する回収装置と、
カソード及びアノードが設けられ、前記回収装置で回収された二酸化炭素を電気化学的に還元してエチレンを生成させる電気化学反応装置と、
前記電気化学反応装置の前記カソード側で得られるガス中のエチレン濃度を測定する第1濃度センサーと、
前記電気化学反応装置への二酸化炭素供給量と前記カソード及びアノードへの印加電圧とを前記第1濃度センサーで測定されるエチレン濃度に基づいて制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置による制御が、(i)前記印加電圧を一定にして前記二酸化炭素供給量を増減させ、前記二酸化炭素供給量を前記第1濃度センサーで測定されるエチレン濃度が最高値となる量に制御することと、(ii)前記二酸化炭素供給量を一定にして前記印加電圧を増減させ、前記印加電圧を前記第1濃度センサーで測定されるエチレン濃度が最高値となる電圧に制御することと、を含み、前記(i)と前記(ii)が繰り返される、二酸化炭素処理装置。
a recovery device for recovering carbon dioxide;
an electrochemical reactor provided with a cathode and an anode for electrochemically reducing the carbon dioxide recovered by the recovery device to produce ethylene;
a first concentration sensor for measuring the concentration of ethylene in the gas available at the cathode side of the electrochemical reactor;
a controller for controlling the amount of carbon dioxide supplied to the electrochemical reactor and the voltage applied to the cathode and the anode based on the ethylene concentration measured by the first concentration sensor;
The control by the control device (i) increases or decreases the amount of carbon dioxide supplied while keeping the applied voltage constant, and adjusts the amount of carbon dioxide supplied to an amount that maximizes the ethylene concentration measured by the first concentration sensor. (ii) keeping the amount of carbon dioxide supplied constant, increasing or decreasing the applied voltage, and controlling the applied voltage to a voltage that maximizes the ethylene concentration measured by the first concentration sensor; , wherein (i) and (ii) are repeated .
二酸化炭素を回収する回収装置と、
カソード及びアノードが設けられ、前記回収装置で回収された二酸化炭素を電気化学的に還元してエチレンを生成させる電気化学反応装置と、
前記電気化学反応装置の前記カソード側で得られるガス中のエチレン濃度を測定する第1濃度センサーと、
前記電気化学反応装置への二酸化炭素供給量と前記カソード及びアノードへの印加電圧とを前記第1濃度センサーで測定されるエチレン濃度に基づいて制御する制御装置と、前記電気化学反応装置の前記カソード側で得られるガス中の水素濃度を測定する第2濃度センサーと、を備え、
前記制御装置による制御が、(i)前記印加電圧を一定にして前記二酸化炭素供給量を増減させ、前記二酸化炭素供給量を前記第1濃度センサーで測定されるエチレン濃度が最高値となる量に制御することを含み、
前記第2濃度センサーで測定される水素濃度が所定値以上になったときに前記制御装置による制御が開始される、二酸化炭素処理装置。
a recovery device for recovering carbon dioxide;
an electrochemical reactor provided with a cathode and an anode for electrochemically reducing the carbon dioxide recovered by the recovery device to produce ethylene;
a first concentration sensor for measuring the concentration of ethylene in the gas available at the cathode side of the electrochemical reactor;
a controller for controlling the amount of carbon dioxide supplied to the electrochemical reactor and the voltage applied to the cathode and the anode based on the ethylene concentration measured by the first concentration sensor; and the cathode of the electrochemical reactor. a second concentration sensor that measures the hydrogen concentration in the gas obtained at the side ,
The control by the control device (i) increases or decreases the amount of carbon dioxide supplied while keeping the applied voltage constant, and adjusts the amount of carbon dioxide supplied to an amount that maximizes the ethylene concentration measured by the first concentration sensor. including controlling
The carbon dioxide treatment device, wherein control by the control device is started when the hydrogen concentration measured by the second concentration sensor reaches or exceeds a predetermined value.
前記回収装置は、強アルカリ性水溶液からなる電解液と二酸化炭素ガスとを接触させ、二酸化炭素を前記電解液に溶解させて吸収させる吸収部を備え、
前記電気化学反応装置は、カソードと、アノードと、前記カソードと前記アノードの間に設けられ、前記吸収部で二酸化炭素を吸収した電解液が流れる液流路と、を備え、
前記二酸化炭素を吸収した電解液中の溶存二酸化炭素が前記カソードで還元され、
前記二酸化炭素を吸収した電解液の前記電気化学反応装置への供給量が前記制御装置によって制御される、請求項1又は2に記載の二酸化炭素処理装置。
The recovery device includes an absorption unit that brings carbon dioxide gas into contact with an electrolytic solution composed of a strong alkaline aqueous solution, and dissolves and absorbs carbon dioxide in the electrolytic solution,
The electrochemical reaction device comprises a cathode, an anode, and a liquid flow path provided between the cathode and the anode through which an electrolytic solution that has absorbed carbon dioxide in the absorption part flows,
Dissolved carbon dioxide in the electrolyte that has absorbed the carbon dioxide is reduced at the cathode,
3. The carbon dioxide treatment apparatus according to claim 1, wherein the supply amount of the electrolytic solution that has absorbed the carbon dioxide to the electrochemical reaction device is controlled by the control device.
前記回収装置は、二酸化炭素を濃縮する濃縮部を備え、
前記電気化学反応装置は、カソードと、アノードと、前記カソードと前記アノードの間に設けられ、電解液が流れる液流路と、を備え、
前記濃縮部から前記電気化学反応装置における前記カソードの前記アノードとは反対側に供給される二酸化炭素ガスが前記カソードで還元され、
前記二酸化炭素ガスの前記電気化学反応装置への供給量が前記制御装置によって制御される、請求項1~3のいずれか一項に記載の二酸化炭素処理装置。
The recovery device includes a concentration unit for concentrating carbon dioxide,
The electrochemical reaction device comprises a cathode, an anode, and a liquid flow path provided between the cathode and the anode through which an electrolytic solution flows,
carbon dioxide gas supplied from the enrichment unit to a side of the cathode opposite to the anode in the electrochemical reactor is reduced at the cathode;
The carbon dioxide treatment device according to any one of claims 1 to 3, wherein the supply amount of said carbon dioxide gas to said electrochemical reaction device is controlled by said control device.
前記電気化学反応装置は、カソードと、アノードと、前記カソードと前記アノードの間に設けられたアニオン交換膜と、前記カソードと前記アニオン交換膜との間に設けられ、カソード側電解液が流れるカソード側液流路と、前記アノードと前記アニオン交換膜との間に設けられ、アノード側電解液が流れるアノード側液流路と、を備え、
前記回収装置は、強アルカリ性水溶液からなる前記アノード側電解液と二酸化炭素ガスとを接触させ、二酸化炭素を前記アノード側電解液に溶解させて吸収させる吸収部と、二酸化炭素を濃縮する濃縮部と、を備え、
前記濃縮部から前記電気化学反応装置における前記カソードの前記アノードとは反対側に供給される二酸化炭素ガスが前記カソードで還元され、
前記二酸化炭素ガスの前記電気化学反応装置への供給量が前記制御装置によって制御される、請求項1又は2に記載の二酸化炭素処理装置。
The electrochemical reaction device includes a cathode, an anode, an anion exchange membrane provided between the cathode and the anode, and a cathode provided between the cathode and the anion exchange membrane through which a cathode-side electrolytic solution flows. a side liquid channel, and an anode side liquid channel provided between the anode and the anion exchange membrane, through which the anode side electrolytic solution flows,
The recovery device includes an absorption unit that brings carbon dioxide gas into contact with the anode-side electrolyte solution made of a strong alkaline aqueous solution and dissolves and absorbs carbon dioxide in the anode-side electrolyte solution, and a concentration unit that concentrates carbon dioxide. , and
carbon dioxide gas supplied from the enrichment unit to a side of the cathode opposite to the anode in the electrochemical reactor is reduced at the cathode;
3. The carbon dioxide treatment apparatus according to claim 1, wherein the supply amount of said carbon dioxide gas to said electrochemical reactor is controlled by said controller.
前記電気化学反応装置の前記カソード側で得られるガス中の水素濃度を測定する第2濃度センサーをさらに備え、
前記第2濃度センサーで測定される水素濃度が所定値以上になったときに前記制御装置による制御が開始される、請求項1に記載の二酸化炭素処理装置。
further comprising a second concentration sensor for measuring the concentration of hydrogen in the gas obtained on the cathode side of the electrochemical reactor;
2. The carbon dioxide treatment apparatus according to claim 1 , wherein control by said control device is started when the hydrogen concentration measured by said second concentration sensor reaches or exceeds a predetermined value.
前記電気化学反応装置で二酸化炭素が還元されて生成したエチレンを多量化して増炭する増炭反応装置をさらに備える、請求項1~6のいずれか一項に記載の二酸化炭素処理装置。 The carbon dioxide treatment device according to any one of claims 1 to 6, further comprising a carbon enrichment reactor that increases carbon by increasing the amount of ethylene produced by reducing carbon dioxide in the electrochemical reactor. カソード及びアノードを備える電気化学反応装置を用い、二酸化炭素を前記カソードで電気化学的に還元してエチレンを生成させる工程(a)と、
前記カソード及びアノードへの印加電圧を一定にして前記電気化学反応装置への二酸化炭素供給量を増減させ、前記二酸化炭素供給量を前記電気化学反応装置の前記カソード側で得られるガス中のエチレン濃度が最高値となる量に制御する工程(b)と
前記電気化学反応装置への二酸化炭素供給量を一定にして前記カソード及びアノードへの印加電圧を増減させ、前記印加電圧を前記電気化学反応装置の前記カソード側で得られるガス中のエチレン濃度が最高値となる電圧に制御する工程(c)と、を含み、
前記工程(b)と前記工程(c)を繰り返して前記二酸化炭素供給量及び前記印加電圧を制御する、二酸化炭素処理方法。
(a) using an electrochemical reactor comprising a cathode and an anode, electrochemically reducing carbon dioxide at the cathode to produce ethylene;
The amount of carbon dioxide supplied to the electrochemical reactor is increased or decreased while the voltage applied to the cathode and the anode is kept constant, and the amount of carbon dioxide supplied is adjusted to the ethylene concentration in the gas obtained on the cathode side of the electrochemical reactor. A step (b) of controlling to the maximum value of
The voltage applied to the cathode and the anode is increased or decreased while the amount of carbon dioxide supplied to the electrochemical reactor is constant, and the voltage is increased so that the ethylene concentration in the gas obtained on the cathode side of the electrochemical reactor is the highest. and a step (c) of controlling to a voltage of
The carbon dioxide treatment method , wherein the step (b) and the step (c) are repeated to control the carbon dioxide supply amount and the applied voltage .
カソード及びアノードを備える電気化学反応装置を用い、二酸化炭素を前記カソードで電気化学的に還元してエチレンを生成させる工程(a)と、 (a) using an electrochemical reactor comprising a cathode and an anode, electrochemically reducing carbon dioxide at the cathode to produce ethylene;
前記カソード及びアノードへの印加電圧を一定にして前記電気化学反応装置への二酸化炭素供給量を増減させ、前記二酸化炭素供給量を前記電気化学反応装置の前記カソード側で得られるガス中のエチレン濃度が最高値となる量に制御する工程(b)と、を含み、 The amount of carbon dioxide supplied to the electrochemical reactor is increased or decreased while the voltage applied to the cathode and the anode is kept constant, and the amount of carbon dioxide supplied is adjusted to the ethylene concentration in the gas obtained on the cathode side of the electrochemical reactor. and a step (b) of controlling to the maximum value of
前記電気化学反応装置の前記カソード側で得られるガス中の水素濃度が所定値以上になったときに前記制御を開始する、二酸化炭素処理方法。 The carbon dioxide treatment method, wherein the control is started when the hydrogen concentration in the gas obtained on the cathode side of the electrochemical reactor reaches or exceeds a predetermined value.
請求項8又は9に記載の二酸化炭素処理方法を用いる炭素化合物の製造方法であって、
前記二酸化炭素が還元されて生成したエチレンを多量化して炭素化合物を得る工程(d)を含む、炭素化合物の製造方法。
A method for producing a carbon compound using the carbon dioxide treatment method according to claim 8 or 9,
A method for producing a carbon compound, comprising the step (d) of obtaining a carbon compound by increasing the amount of ethylene produced by reducing the carbon dioxide.
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